Спектрофотометрия в обратно рассеянном свете. Гемоглобиномеры и сенсоры кровенаполнения

Краткие итоги

В 90-х г.г. ХХ века проведены углубленные исследования взаимодействия света с человеческим телом, имеющим сложную микроструктуру и сильно рассеивающим свет. Уточненная модель взаимодействия показала, что при определенных условиях возможны неинвазивные спектрофотометрические измерения в обратно отраженном свете. Условия эти таковы: зондирующий световой пучок должен входить в исследуемый участок тела в виде остро направленного светового "зонда"; направление светового зонда должно быть фиксировано конструкцией сенсора; для измерения спектральных интенсивностей следует выделять пучок обратно рассеянного света, выходящий на определенном расстоянии от точки входа светового зонда и в строго определенном направлении; точка отбора измеряемого пучка обратно рассеянного света должна находиться на средних расстояниях от точки зондирования, когда обратно рассеянный свет не стал еще "диффузным". Эти условия проще всего реализовать, используя оптические волокна с небольшой угловой апертурой.

Указанные принципы успешно реализованы, например, при создании сенсоров, неинвазивно измеряющих концентрацию гемоглобина в исследуемом участке тела. Концентрацию общего ( total ) гемоглобина микрокомпьютер вычисляет по формуле: , где и – спектральные интенсивности, измеряемые в опорном и измерительном каналах соответственно, и – константы, определяемые при калибровке сенсора. В измерительном канале используется свет с длиной волны, при которой оксигемоглобин и восстановленный гемоглобин поглощают одинаково и сильно, а в опорном канале – свет с длиной волны, при которой все компоненты ткани поглощают свет слабо, а рассеяние света и фоновое поглощение остаются примерно такими же, как в измерительном канале.

Функции интеллектуального сенсора гемоглобина оказалось возможным расширить за счет дополнительного программного обеспечения и использовать его также для неинвазивного измерения кровенаполнения биоткани. А с применением сенсора кровенаполнения оказалось возможным неинвазивно оценивать состояние мельчайших кровеносных сосудов микроциркуляторного русла системы кровообращения человека, измерять количественные характеристики этих сосудов и даже небольшие их изменения.

Интеллектуальный сенсор для неинвазивного исследования микроциркуляторного русла системы кровообращения человека, кроме узлов для измерения кровенаполнения исследуемого участка тела, включает в себя также блок изменения внешних условий, от которых зависит это кровенаполнение. Как и в случае окклюзионной фотоплетизмографии, это может быть, например, одетая на предплечье исследуемой руки резиновая манжета, давление внутри которой автоматически изменяется под управлением микрокомпьютера. Отслеживая динамику изменений кровенаполнения при изменениях давления в манжете, сенсор вычисляет такие количественные характеристики, как гидравлические сопротивления сосудов микроциркуляторного русла притоку и оттоку крови и их комплианс (эластичность). Эти характеристики и динамика изменений позволяют врачу точнее диагностировать состояние микроциркуляторного русла пациента, контролировать и корректировать ход лечения и возрастные изменения в этом важнейшем звене системы кровообращения.