Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)


Для цитирования:

Гамаюнова Е. А., Доронкина А. А., Лазарева Е. Н., Тучина Д. К., Кочубей В. И., Янина И. Ю. Различия оптических свойств мышечной ткани крысы при комнатной и физиологической температурах // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия Физика. 2022. Т. 22, вып. 4. С. 350-356. DOI: 10.18500/1817-3020-2022-22-4-350-356

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
30.11.2022
Полный текст в формате PDF(Ru):
(загрузок: 45)
Язык публикации: 
русский
Тип статьи: 
Научная статья
УДК: 
[612.014.462.7+612.014.462.8]:611.018.54+616.12:009.72
EDN: 
MSQYVY

Различия оптических свойств мышечной ткани крысы при комнатной и физиологической температурах

Авторы: 
Гамаюнова Екатерина Алексеевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Доронкина Анна Алексеевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Лазарева Екатерина Николаевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Тучина Дарья Кирилловна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Кочубей Вячеслав Иванович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Янина Ирина Юрьевна, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Знание оптических и термических свойств тканей человека необходимо для оптимизации лазерной терапии и оптической диагностики. Большинство исследований проводятся при комнатной температуре образца. В то же время известно, что оптические свойства биотканей зависят от температуры даже в физиологическом диапазоне температур, т. е. в диапазоне нормального функционирования организма. Соответственно, возникает вероятность того, что использование литературных данных приведет к неправильной оценке условий распространения света через биологическую ткань в живом объекте. Некорректные данные об оптических свойствах биологических тканей при физиологической температуре могут привести к недостоверным результатам при медицинской оптической диагностике или терапии. Поэтому исследования температурных зависимостей оптических свойств биологических объектов, несомненно, являются актуальными.

В данной работе показаны различия оптических свойств мышечной ткани крыс до и после нагрева образцов до физиологической температуры. Была проведена регистрация спектров коллимированного пропускания, полного пропускания и диффузного отражения мышечной ткани крысы. Регистрация спектров проводилась при 25°С (комнатная температура) и 38–39°С (физиологическая температура). Для каждой измеренной точки образца были рассчитаны спектральные зависимости коэффициентов поглощения, транспортного коэффициента рассеяния и фактора анизотропии исследованных образцов. Показано, что оптические свойства мышечной ткани различаются для комнатной и физиологической температур. При этом коэффициент поглощения практически не изменяется. В случае коэффициента рассеяния наблюдается слабое изменение наклона спектральной зависимости. Основным параметром, изменяющимся при варьировании температуры, является фактор анизотропии, что приводит к изменению также транспортного коэффициента рассеяния. 

Благодарности: 
Исследование выполнено при поддержке гранта Российского научного фонда № 21-72-10057, https://rscf.ru/project/21-72-10057/.
Список источников: 
  1. Troy T. L., Thennadil S. N. Optical properties of human skin in the near infrared wavelength range of 1000 to 2200 nm // Journal of Biomedical Optics 2001. Vol. 6, iss. 2. P. 167–176. https://doi.org/10.1117/1.1344191
  2. Laufer J., Simpson R., Kohl M., Cope M. Effect of temperature on the optical properties of ex vivo human dermis and subdermis // Phys. Med. Biol. 1998. Vol. 43. P. 2479–2489. https://doi.org/10.1088/0031-9155/43/9/004
  3. Troy T. L., Page D. L., Sevick-Muraca E. M. Optical properties of normal and diseased breast tissues: Prognosis for optical mammography // J. Biomed. Opt. 1996. Vol. 1. P. 342–355. https://doi.org/10.1117/12.239905
  4. Jaywant S., Wilson B., Patterson M., Lilge L., Flotte T. Temperature-dependent changes in the optical absorption and scattering spectra of tissues: Correlation with ultrastructure // Proc. SPIE. Laser-Tissue Interaction IV. 1993. Vol. 1882. https://doi.org/10.1117/12.148080
  5. Nagarajan V. K., Yu B. Monitoring of Tissue Optical Properties During Thermal Coagulation of Ex Vivo Tissues // Lasers in Surgery and Medicine. 2016. Vol. 48. P. 686–694. https://doi.org/10.1002/lsm.22541
  6. Ao H. L., Xing D., Wei H. J., Gu H. M., Wu G. Y., Lu J. J. Thermal coagulation-induced changes of the optical properties of normal and adenomatous human colon tissues in vitro in the spectral range 400–1100nm // Phys. Med. Biol. 2008. Vol. 53. P. 2197–2206. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/8/013
  7. Thomsen S., Jacques S., Flock S. Microscopic correlates of macroscopic optical property changes during thermal coagulation of myocardium // Proc Laser-Tissue Interaction. 1990. Vol. 1202, iss. 2. P. 11. https://doi.org/10.1117/12.17605
  8. Chung S. H., Cerussi A. E., Merritt S. I., Ruth J., Tromberg B. J. Non-invasive tissue temperature measurements based on quantitative DOS of water // Phys. Med. Biol. 2010. Vol. 55. P. 3753–3765. https://doi.org/10.1088/0031-9155/55/13/012
  9. Collins J. R. Change in the infra-red absorption spectrum of water with temperature // Phys. Rev. 1925. Vol. 26. P. 0771–0779. https://doi.org/10.1103/PhysRev.26.771
  10. Otal E. H., Inon F. A., Andrade F. J. Monitoring the temperature of dilute aqueous solutions using near-infrared water absorption // Appl. Spectrosc. 2003. Vol. 57. P. 661–6666. https://doi.org/10.1366/000370203322005355
  11. Kelly J. J., Kelly K. A., Barlow C. H. Tissue temperature by near-infrared spectroscopy // Proc. SPIE. 1995. Vol. 2389. P. 818–28. https://doi.org/10.1117/12.210025
  12. Libnau F. O., Kvalheim O. M., Christy A. A., Toft J. Spectra of water in the nearinfrared and midinfrared region // Vib. Spectrosc. 1994. Vol. 7. P. 243–254. https://doi.org/10.1016/0924-2031(94)85014-3
  13. Nachabé R., Hendriks B. H. W., Desjardins A. E., van der Voort Marjolein, Martin B. van der Mark. Estimation of lipid and water concentrations in scattering media with diffuse optical spectroscopy from 900 to 1600 nm // Journal of Biomedical Optics. 2010. Vol. 15, № 3. Article number 037015. https://doi.org/10.1117/1.3454392
  14. Merritt S. I. Combination of broadband diffuse optical spectroscopy with magnetic resonance imaging. PhD Thesis. University of California, Irvine, 2005. 160 p.
  15. Pimentel G. C., McClellan A. L. The Hydrogen Bond. San Francisco, W. Y. Freeman, 1960. 50 p.
  16. Chung S. H., Cerussi A. E., Klifa C., Baek H. M., Birgul O., Gulsen G., Merritt S. I., Hsiang D., Tromberg B. J. In vivo water state measurements in breast cancer using broadband diffuse optical spectroscopy // Phys. Med. Biol. 2008. Vol. 53. P. 6713–6727. https://doi.org/10.1088/0031-9155/53/23/005
  17. Buijs K., Choppin G. R. Near-infrared studies of structure of water. 1. Pure water // J. Chem. Phys. 1963. Vol. 39. P. 2035–2041. https://doi.org/10.1063/1.1734579
  18. Hollis V. S. Non-invasive monitoring of brain tissue temperature by near-infrared spectroscopy. PhD Thesis. University College. London, 2002. 263 p.
  19. Белов Н. П., Лапшов С. Н., Патяев А. Ю., Шерстобитова А. С., Яськов А. Д. Температурная зависимость показателя преломления водных растворов этиленгликоля и пропиленгликоля // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2012. № 2 (78). С. 138–139.
  20. Генина Э. А., Башкатов А. Н., Козинцева М. Д., Тучин В. В. ОКТ-исследование оптического просветления мышечной ткани in vitro с помощью 40%-ного раствора глюкозы // Оптика и спектроскопия. 2016. Т. 120, № 1. С. 27–35. https://doi.org/10.7868/S0030403416010098
  21. Bashkatov A. N., Berezin K. V., Dvoretskiy K. N., Chernavina M. L., Genina E. A., Genin V. D., Kochubey V. I., Lazareva E. N., Pravdin A. B., Shvachkina M. E., Timoshina P. A., Tuchina D. K., Yakovlev D. D., Yakovlev D. A., Yanina I. Yu., Zhernovaya O. S., Tuchin V. V. Measurement of tissue optical properties in the context of tissue optical clearing // J. Biomed. Opt. 2018. Vol. 23, № 9. Article number 091416. https://doi.org/10.1117/1.JBO.23.9.091416
  22. Ghita A., Matousenk P., Stone N. Sensitivity of Transmission Raman Spectroscopy Signals to Temperature of Biological Tissues // Scientific Reports. 2018. № 8. P. 8379. https://doi.org/10.1038/s41598-018-25465-x
  23. International Guiding Principles for Biomedical Research Involving Animals. CIOMS and ICLAS. URL: http://www.cioms.ch/index.php/12-newsflash/227-cioms-and-iclas-release-t... (дата обращения: 24.06.2022).
  24. Yanina I. Yu., Kozlova E. A., Kochubey V. I. Changes in the spectral characteristics of biological tissues depending on temperature // Proc. of SPIE. 2021. Vol. 11641. Article number 116410X. https://doi.org/10.1117/12.2588231
  25. Inverse Adding-Doubling. URL: https://omlc.org/software/iad/index.html (дата обращения: 24.06.2022).
  26. Тучин В. В. Оптика биологических тканей. Методы рассеяния света в медицинской диагностике. М. : Физматлит, 2013. 812 с. 
Поступила в редакцию: 
25.06.2022
Принята к публикации: 
12.09.2022
Опубликована: 
30.11.2022