Спектрофотометрия в обратно рассеянном свете. Гемоглобиномеры и сенсоры кровенаполнения

Набор для практики

Вопросы для самопроверки

1. Какие трудности возникают при разработке неинвазивных оптических сенсоров?
2. Каким способом в неинвазивных оптических сенсорах удается учесть неконтролируемое рассеяние и неконтролируемое "фоновое" поглощение света?
3. В чем состоит разница между схемами спектрофотометрического измерения "на просвет" и "на отражение"?
4. Почему для описания прохождения света сквозь живую ткань нельзя использовать упрощенные модели "однократного рассеяния", "кратных рассеяний" или "диффузионную" модель?
5. Что такое "пучок наиболее вероятных траекторий света в биоткани"?
6. Каким образом характеризуют "световое поле" обратно рассеянного телом света?
7. Как можно практически реализовать основные требования спектрофотометрии в обратно рассеянном свете?
8. Что измеряет гемоглобиномер? Как это связано с концентрацией гемоглобина в крови человека?
9. Что такое "кровенаполнение" живой ткани?
10. Какие количественные характеристики позволяет измерять интеллектуальный сенсор для неинвазивного исследования микроциркуляторного русла системы кровообращения человека?

Упражнения

Упражнение 19.1. В кювету толщиной 5 мм залит раствор с красителем в концентрации с моль/л. Молярный коэффициент поглощения красителя для света в измерительном канале , для света в опорном канале . Коэффициент пропускания кюветы без раствора в обоих каналах . Интенсивности света на входе в кювету в измерительном канале , в опорном канале – В раствор попала щепотка порошка мела, из-за чего он стал достаточно сильно рассеивать свет. Коэффициент ослабления для обоих каналов = 0,2 мм^–1.

Вариант 1. Рассчитайте интенсивности света на выходе обоих каналов при концентрации красителя = 0,2 моль/л и найдите их соотношение. Сделайте расчеты для случая, когда = 0,1 мм^–1.

Вариант 2. Рассчитайте интенсивности света на выходе обоих каналов при концентрации красителя = 0,1 моль/л и найдите их соотношение. Сделайте расчеты для случая, когда = 0,5 мм^–1.

Вариант 3. Рассчитайте концентрацию красителя, если интенсивности света на выходе каналов составляют = 4,3 отн. ед. и = 32,5 отн. ед.

Вариант 4. Рассчитайте концентрацию красителя, если интенсивности света на выходе каналов составляют = 13,6 отн. ед. и = 33,3 отн. ед.

В последующих вариантах рассмотреть случай, когда в раствор красителя вместо мела попала капелька черной туши, которая создала фон поглощения. Коэффициент фонового поглощения для обоих каналов = 0,25.

Вариант 5. Рассчитайте интенсивности света на выходе обоих каналов при концентрации красителя = 0,24 моль/л и найдите их соотношение. Сделайте расчеты для случая, когда = 0,12 мм^–1.

Вариант 6. Рассчитайте интенсивности света на выходе обоих каналов при концентрации красителя = 0,12 моль/л и найдите их соотношение. Сделайте расчеты для случая, когда = 0,45 мм^–1.

Вариант 7. Рассчитайте концентрацию красителя, если интенсивности света на выходе каналов составляют = 2 отн. ед. и = 25 отн. ед.

Вариант 8. Рассчитайте концентрацию красителя, если интенсивности света на выходе каналов составляют = 7,5 отн. ед. и = 27 отн. ед.

Упражнение 19.2. Опишите коротко характер светового поля, обратно рассеянного человеческим телом света при облучении его световым зондом, входящим перпендикулярно к поверхности кожи. Более детально опишите:

Вариант 1. Распределение интенсивности обратно рассеянного света от расстояния до точки входа светового зонда. Нарисуйте примерный график.

Вариант 2. Распределение интенсивности обратно рассеянного света по углам с нормалью к поверхности кожи при разных расстояниях до точки входа светового зонда. Изобразите примерный вид индикатрис рассеяния.

Вариант 3. Распределение интенсивности обратно рассеянного света по азимуту при разных расстояниях до точки входа светового зонда. Изобразите вид индикатрис рассеяния.

Вариант 4. Перечислите условия, при которых возможны спектрофотометрические исследования и измерения по схеме "на отражение".

Вариант 5. Как можно обеспечить надежный оптический контакт между телом и оптическими волокнами?

Упражнение 19.3. При калибровке гемоглобиномера были найдены следующие константы прибора: = 1,77 и = 1,13.

Вариант 1. Найдите концентрацию гемоглобина на участке тела, при исследовании которого спектральные интенсивности света в опорном и измерительном канале оказались следующими: = 12000 отн. ед. и = 325 отн. ед.

Вариант 2. Найдите концентрацию гемоглобина на участке тела, при исследовании которого спектральные интенсивности света в опорном и измерительном канале оказались следующими: = 2000 отн. ед. и = 1250 отн. ед.

Вариант 3. Рассчитайте, при какой концентрации гемоглобина соотношение спектральных интенсивностей света в опорном и измерительном каналах .

Вариант 4. Рассчитайте, при какой концентрации гемоглобина соотношение спектральных интенсивностей света в опорном и измерительном каналах .

Вариант 5. Найдите кровенаполнение участка тела, при исследовании которого спектральные интенсивности света в опорном и измерительном канале оказались следующими: = 9600 отн. ед. и = 250 отн. ед. Концентрация гемоглобина в крови пациента = 145 г/л.

Вариант 6. Найдите кровенаполнение участка тела, при исследовании которого спектральные интенсивности света в опорном и измерительном канале оказались следующими: = 3500 отн. ед. и = 1250 отн. ед. Концентрация гемоглобина в крови пациента = 150 г/л.

Вариант 7. Кровенаполнение участка тела составляет 1,5%, концентрация гемоглобина в крови пациента = 125 г/л. Рассчитайте спектральную интенсивность света в опорном канале, если в измерительном канале она равна = 750 отн. ед.

Вариант 8. Кровенаполнение участка тела составляет 1,2%, концентрация гемоглобина в крови пациента = 110 г/л. Рассчитайте спектральную интенсивность света в измерительном канале, если в опорном канале она равна = 1500 отн. ед.

Упражнение 19.4.

Вариант 1. При исследовании сосудов микроциркуляторного русла крови в одетой на предплечье манжете создавалось давление 50 мм рт. ст. При подаче в манжету такого давления зафиксирована следующая динамика изменения кровенаполнения среднего пальца той же руки: 2,40; 2,59; 2,78; 2,93; 3,05; 3,15; 3,24; 3,30; 3,35; 3,40; 3,44; 3,47; 3,49; 3,51; 3,53; 3,54; 3,55; 3,56; 3,57; 3,57; 3,57 об. %. Измерения выполнялись с интервалом 0,5 с. После снятия давления измерения кровенаполнения с интервалом 0,5 с дали следующий ряд значений: 3,57; 3,12; 2,83; 2,67; 2,56; 2,50; 2,46; 2,44; 2,42; 2,41; 2,41; 2,40; 2,40; 2,40 %. Постройте по этим данным динамические кривые изменения кровенаполнения и определите количественные характеристики микроциркуляторного русла крови в исследуемом пальце.

Вариант 2. При исследовании сосудов микроциркуляторного русла крови в одетой на предплечье манжете создавалось давление 4 кПа. Измерения выполнялись с интервалом 0,4 с. При подаче в манжету такого давления зафиксирована следующая динамика изменения кровенаполнения среднего пальца той же руки: 1,61; 1,90; 2,14; 2,35; 2,52; 2,67; 2,79; 2,89; 2,98; 3,05; 3,11; 3,16; 3,20; 3,24; 3,27; 3,30; 3,32; 3,34; 3,35; 3,36; 3,37; 3,38; 3,39; 3,40; 3,40; 3,41; 3,41; 3,41; 3,42; 3,42; 3,42 об. %. После снятия давления измерения кровенаполнения с интервалом 0,5 с дали следующий ряд значений: 3,43; 2,95; 2,59; 2,33; 2,14; 2,00; 1,90; 1,82; 1,77; 1,72; 1,69; 1,67; 1,65; 1,64; 1,63; 1,63; 1,62; 1,62; 1,62; 1,62; 1,61 об. %. Постройте по этим данным динамические кривые изменения кровенаполнения и определите количественные характеристики микроциркуляторного русла крови в исследуемом пальце.