203. Русанов Ф.С., Маев Р.Г., Титов С.А. Неразрушающий метод измерения толщины эмали с помощью ультразвуковых волн // Стоматология. 2012. №4. С. 4-6.
4. Воллодарская С.И., Зайцев К.И., Красик В.Е., Новицкая Е.В., Фокина И.Н. Экспериментальное обосноание возможности ранней диагностики кариозных поражений эмали зуба с помощью терагерцовой спектроскопии // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана, Сер. «Приборостроение». 2013. №2. стр. 47.
5. Постельга А.Э., Усанов Д.А., Дорошенко А.А. Определение динамических параметров движения упругих сферических оболочек на примере модели глазного яблока с использованием ближнеполевого СВЧ-микроскопа // Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине - 2018. Сборник статей Всероссийской школы-семинара. 2018. С.198-203.
6. Kim J., Lee K., Friedman B. and Cha D. Near-field scanning microwave microscope using a dielectric resonator // Appl. Phys. Lett. 2003. V. 83. №5. P. 1032-1034.
7. Guidoni G.M., Swain M.V., Jäger I. Wear behavior of dental enamel at the nanoscale with a sharp and blunt indenter tip // Wear. 2009. Vol. 266, No. 1-2. P. 60-68. Lawn B.R., Lee J.J.-W., Chai H. Teeth: among nature's most durable biocomposites // Ann. Rev. Mater. Res. 2010. Vol. 40. P. 55-75.
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ МЕЛАНИНА НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОПТИЧЕСКОГО ПРОСВЕТЛЕНИЯ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА
1 1 12 И.А. Серебрякова , Ю.И. Сурков , Э.А. Генина ' ,
А.Н.Башкатов 12, В.В.Тучин 1'3, В.П. Жаров4 1 Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
2Национальный исследовательский Томский государственный университет 3Институт проблем точной механики и управления, РАН, г. Саратов 4Арканзасский Центр Наномедицины, Арканзасский Университет Медицинских Наук,
Литл-Рок, США E-mail: s.izabell2014@gmail.com
Аннотация: В работе представлены результаты экспериментального исследования воздействия олеиновой кислоты (ОК), микродермабразии, ультразвукового облучения и их комбинации на глубину зондирования оптической когерентной томографии кожи человека II и VI фототипов. Полученные результаты мониторинга свидетельствуют о значительном увеличении глубины оптического зондирования как для светлой, так и для сильнопигментированной кожи при применении ОК в сочетании с микродермабразией и сонофорезом. Эффективность оптического просветления при данном подходе составила для кожи II и VI фототипов 32 ± 1.8% и 20.7 ± 1.6 %, соответственно.
Ключевые слова: оптическое просветление, микродермабразия, сонофорез, оптическая когерентная томография, меланин.
Серьезной проблемой медицины является транспорт зондирующего излучения через слои биоткани [1]. Пигментация кожи является одной из причин ослабления светового луча. К сожалению, в литературе практически отсутствуют какие-либо данные (за исключением работы [2]) о возможности оптического просветления темной кожи человека, в
частности VI фототипа в соответствие с классификационной шкалой типов кожи Фитцпатрика [3].
Целью данного исследования является сравнение эффективности оптического просветления кожи человека II и VI фототипов при воздействии олеиновой кислоты и мультимодального метода повышения проницаемости эпидермиса in vivo.
Объект исследования - кожа тыльной стороны кисти руки шести добровольцев в возрасте 20 - 26 лет.
Определение индекса меланина в коже проводилось с помощью эритемо/меланинометра 002E (Palomar, США) [4]. Измерение спектров диффузного отражения кожи проводилось с помощью спектрометра USB4000-Vis/NIR (Ocean Optics, США). В качестве иммерсионного агента была выбрана олеиновая кислота (ОК) (Radiacid® 0212, Oleon, Бельгия). Показатель преломления, измеренный на длине волны 930 нм и при температуре 36°C с использованием рефрактометра DR-M2/1550 (ATAGO, Япония), составил 1.45. Микродермабразия проводилась с помощью устройства Gézatone MD-За 933 (Gézanne I.T.C., Франция). Время обработки кожи составляло 1 минуту. Для сонофореза использовалось ультразвуковое (УЗ) устройство Dynatronics 125 (Dynatrone, США), оборудованное зондом диаметром 2 см, работающее в режиме непрерывного облучения с частотой 1 МГц и плотностью мощности 1 Вт/см . Облучение проводилось шесть раз по 1 мин. с четырехминутными паузами.
Обработка участка кожи в эксперименте осуществлялась одним из четырех способов: 1 - нанесение ОК на интактную кожу; 2 -микродермабразия, а затем нанесение ОК, 3 - сонофорез с ОК; 4 -комплексное действие микродермабразии, ОК и УЗ. Каждый способ исследовался на 2 участках.
Мониторинг состояния кожи проводился с помощью оптического когерентного томографа (ОКТ) SpectralRadar OCT System OCP930SR 022 (Thorlabs Inc., США). ОКТ сигнал регистрировался от интактной кожи и затем каждые 5 минут в течение 30 минут. Оптическая глубина зондирования (ОГЗ) определялась как расстояние между первым пиком, возникающим на границе воздух-эпидермис, и глубиной, на которой отношение усреднённого полезного сигнала от кожи и усреднённого фонового сигнала составляло 1.1. Для оценки эффективности оптического просветления (ЭОП) была применена следующая формула:
ЭОП = Ht H° х 100% H
(1)
[0
где Н0 - среднее значение ОГЗ в начале эксперимента; Н - среднее значение ОГЗ в течение эксперимента.
Результаты определения индекса и спектров диффузного отражения кожи, представлены на рисунке Рис. 1. Оптические характеристики кожи
человека II и VI фототипов: а) индекс меланина, б) коэффициент диффузного отражения кожи.. Из рисунка следует, что увеличение степени пигментации кожи приводит к снижению коэффициента диффузного отражения за счёт поглощения части зондирующего светового пучка меланином.
о 0.22 1
о
X {■-> et 0.21 -
<г
-е- X 1— 0.20-
s о
а
!— of 0.19-
X ^
(1) X
S ш 0.1В-
*
то
о_ 0,17-
о
СП
о 0.10-
Фототип II
-Фототип VI
900 930 960
Длина волны, нм а б
Рис. 1. Оптические характеристики кожи человека II и VI фототипов: а) индекс меланина, б) коэффициент диффузного отражения кожи.
Рисунок 2 демонстрирует результаты расчета ЭОП через 30 мин после начала экспериментов.
23,7] 24
35-
30-
25-
с 20-
О 15-
CD
10 -
5-
1
2
3
4
Фототип II Фототип VI
Рис. 2. Эффективность оптического просветления: Цифрами обозначены способы воздействия на кожу в ходе проведения эксперимента: 1 и 5 - ОК; 2 и 6 -микродермабразия и ОК, 3 и 7 - сонофорез с ОК, 4 и 8 - комбинация микродермабразии, ОК и УЗ.
Заключение
Увеличение степени пигментации кожи приводит к снижению коэффициента диффузного отражения за счёт поглощения части зондирующего светового пучка меланином. Полученные результаты ОКТ мониторинга свидетельствуют о значительном увеличении глубины оптического зондирования как для слабо, так и для сильнопигментированной кожи при применении ОК в сочетании с микродермабразией и сонофорезом. Наибольшая эффективность оптического просветления наблюдалась при комплексном подходе и составила для кожи II и VI фототипов 32 ± 1.8 % и 20.7 ± 1.6 %, соответственно.
Библиографический список
1. Costantini I., Cicchi R., Silvestri L., Vanzi F., Pavone F. S. In-vivo and ex-vivo optical clearing methods for biological tissues: review // Biomed. Opt. Express, 2019. vol. 10. no. 10. P. 5251-5267.
2. Genina E.A., Surkov Yu.I., Serebryakova I.A., Bashkatov A.N., Tuchin V.V., Zharov V.P. Rapid ultrasound optical clearing of human light and dark skin // IEEE Transactions on Medical Imaging. 2020.
3. https://www.arpansa.gov.au/sites/g/files/net3086/f/legacy/pubs/RadiationProte ction/FitzpatrickSkinType.pdf. Australian Radiation Protection and Nuclear Safety Agency. Fitzpatrick skin phototype. Обращение к ресурсу 28.03.2020
4. Синичкин Ю.П., Долотов Л.Е., Зимняков Д.А. Специальный практикум по оптической биофизике. In vivo отражательная и флуоресцентная отектроскопия кожи человека // Учеб. пособие для студентов вузов - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 2003. 159 с.
ВЛИЯНИЕ ПАРАМЕТРОВ УЛЬТРАЗВУКОГО ОБЛУЧЕНИЯ НА ОПТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА И ИММЕРСИОННОЕ ПРОСВЕТЛЕНИЕ КОЖИ ЧЕЛОВЕКА IN VIVO
1 1 12 12 3 12
Ю.И. Сурков , И.А. Серебрякова , А.Н. Башкатов ' , В.В. Тучин ' ' , Э.А. Генина ' 1 Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского
2Национальный исследовательский Томский государственный университет Институт проблем точной механики и управления РАН, г. Саратов e-mail: surkov9898@gmail.com
Аннотация: В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния ультразвукового (УЗ) облучения (на частотах 1 и 3 МГц с плотностью мощности 0.5 - 2 Вт/см2) на оптические характеристики кожи человека in vivo и на эффективность иммерсионного оптического просветления. Определены параметры ультразвукового облучения кожи, достаточные для наблюдения эффективного оптического просветления с помощью оптической когерентной томографии (ОКТ). Обнаружено, что УЗ облучение с параметрами 1 МГц, 2 Вт/см2 в непрерывном режиме без оптического просветляющего агента увеличило глубину зондирования ОКТ в ~1.3 раза в течение 5 мин. Комбинированное использование УЗ с олеиновой кислотой позволило увеличить оптическую глубину зондирования в среднем в ~ 1.4 раза.
Ключевые слова: ультразвук, ОКТ, оптическое просветление.
Для эффективного изменения оптических свойств биотканей используют, в частности, оптические просветляющие агенты (ОПА) [1, 2]. Такое управление, направленное на снижение рассеяния биоткани, чрезвычайно важно для повышения глубины проникновения светового излучения в биологические ткани, что, в свою очередь увеличивает эффективность диагностических и терапевтических оптических методов.
Широкое применение техники сонофореза для увеличения скорости и глубины проникновения ОПА [3] в кожу требует изучения его воздействия не только на поверхностный слой эпидермиса, но и на более
