Оптическая диффузионная спектроскопия (ОДС) основана на зондировании биологических тканей широкополосным оптическим излучением и регистрации обратно рассеянного тканью света. Поскольку основные хромофоры ткани (оксигенированный и деоксигенированный гемоглобин, вода, липиды, меланин и др.) обладают уникальными спектрами поглощения, их концентрации можно восстановить, анализируя спектр ослабления (экстинкции) света в ткани путем решения обратной математической задачи ОДС.
Концентрации хромофоров, полученные методом ОДС, позволяют судить о физиологическом статусе тканей, что важно для целого ряда клинических приложений, например, в онкологии, трансплантологии, дерматологии и др.
Разработанный в Институте прикладной физики РАН прибор обладает двумя особенностями: во-первых, он позволяет проводить измерения в широком диапазоне (460–1030 нм), во-вторых, в нем реализован метод самокалибровки. Широкий спектральный диапазон позволяет оценить концентрации большего количества хромофоров, пики поглощения которых находятся в разных спектральных диапазонах.
Так, например, поглощение меланина растет с уменьшением длины волны, а пик поглощения воды находится, наоборот, в ближней инфракрасной области спектра (975 нм). Кроме того, видимый диапазон длин волн (500–600 нм) позволяет измерить степень оксигенации и кровенаполнения в верхних тканевых слоях, в то время как использование ближнего инфракрасного диапазона (700–900 нм) позволяет оценить эти величины на гораздо больших глубинах.
Точность восстановления концентраций хромофоров зависит, в частности, от точности проводимых измерений. Реализуемый в данном приборе метод самокалибровки позволяет исключить влияние всех аппаратных функций прибора, таких как переходные характеристики оптических волокон, чувствительность спектрометра, спектральная яркость источника и др. Кроме того, этот метод позволяет существенно уменьшить влияние поверхностных оптических неоднородностей, которые всегда присутствуют в биотканях и сказываются на результатах измерений ОДС.
Совместно с сотрудниками Ожогового центра Приволжского исследовательского медицинского университета разработанный прибор был апробирован на экспериментальных животных для исследования приживаемости кожных трансплантатов. Аллотрансплантаты кожи, применяемые при обширных поражениях, используются в качестве временного раневого покрытия, и для врачей важно не допустить отторжения донорской кожи. Однако на данный момент не существует надежного метода предсказания отторжения аллографта. Разработанный прибор позволяет неинвазивно мониторировать физиологическое состояние кожного трансплантата (степень оксигенации и кровенаполнения поверхностных и глубинных тканевых слоев, оценивать отек по концентрации воды), что позволяет судить о ранних признаках отторжения.
Исследование выполнено в рамках реализации программы «Центр фотоники» (соглашение с Минобрнауки № 075–15–2022–316).
Авторский коллектив: ИПФ РАН – Кириллин М.Ю., Костюк А.Б., Куракина Д.А., Орлова А.Г., Перекатова В.В., Сергеева Е.А., Турчин И.В., Хилов А.В.; ПИМУ (исследования на животных) – Бесчастнов В.В., Перетягин П.В., Рябков М.Г.
Источник: https://scientificrussia.ru/