Численное исследование влияния содержания оксигемоглобина, дезоксигемоглобина и метгемоглобина на спектры отражения, поглощения и пропускания света крови человека
Чучин В.Ю.1,2, Машарская А.А.1,2, Беликов А.В.1
1Университет ИТМО, Санкт-Петербург, Россия
2ООО "Научно-производственное предприятие волоконно-оптического и лазерного оборудования, Санкт-Петербург, Россия
Email: treasure_planet@mail.ru, alex.masharskaya@gmail.com, av.belikov@itmo.ru
Поступила в редакцию: 9 февраля 2025 г.
В окончательной редакции: 14 февраля 2025 г.
Принята к печати: 7 апреля 2025 г.
Выставление онлайн: 1 июля 2025 г.
Численно методом Монте-Карло исследовано влияние оксигенации крови человека и содержания в ней метгемоглобина на спектры отражения, поглощения и пропускания света в диапазоне длин волн 400-1100 nm. Установлено, что при замене оксигемоглобина на дезоксигемоглобин основные изменения спектров отражения, поглощения и пропускания происходят в областях длин волн 450-520, 590-780 и 780-1100 nm, а при замене дезоксигемоглобина на метгемоглобин - в областях длин волн 520-590, 590-780 и 780-1100 nm. Обнаружено, что в области длин волн 520-590 nm с максимумом 580±5 nm замена оксигемоглобина на дезоксигемоглобин в крови не приводит к существенному изменению отражения, поглощения и пропускания, в то время как при изменении содержания метгемоглобина отражение и пропускание в этой области длин волн растут, а поглощение падает. Численно продемонстрировано, что уменьшение сатурации крови кислородом приводит к росту ее пропускания (просветлению) в диапазонах длин волн 450-520 и 780-1100 nm, а появление метгемоглобина в крови приводит к ее просветлению в диапазоне длин волн 520-590 nm. Ключевые слова: спектры, отражение, поглощение, пропускание, кровь, метгемоглобин.
- W.F. Boron, E.L. Boulpaep. Medical Physiology E-Book (Elsevier Health Sciences, Philadelphia, 2016)
- L. Dean. Blood Groups and Red Cell Antigens (NCBI, Bethesda, 2005)
- J. Mathew, P. Sankar, M. Varacallo. Physiology, Blood Plasma (StatPearls Publishing, Treasure Island (FL), 2018)
- O. Zhernovaya, V.V. Tuchin, M.J. Leahy. J. Biomed. Opt., 18 (2), 026014 (2013). DOI: 10.1117/1.jbo.18.2.026014
- V.V. Tuchin, X. Xu, R.K. Wang. Appl. Opt., 41 (1), 258 (2002). DOI: 10.1364/AO.41.000258
- T.L. Wall. Semin. Plast. Surg., 21 (3) (2007). DOI: 10.1055/s-2007-991183
- V.V. Tuchin et al. Opt. Express, 12 (13), 2966 (2004). DOI: 10.1364/opex.12.002966
- O. Zhernovaya, V.V. Tuchin, M.J. Leahy. J. Biomed. Opt., 18 (2), 026014 (2013). DOI: 10.1117/1.JBO.18.2.026014
- A.N. Bashkatov et al. J. Biomed. Photonics Eng., 3 (4), 040304 (2017). DOI: 10.18287/JBPE17.03.040304
- V.V. Tuchin, D. Zhu, E.A. Genina, eds. Handbook of Tissue Optical Clearing: New Prospects in Optical Imaging (CRC Press, 2022). DOI: 10.1201/9781003025252
- S. Kimel, B. Choi, L.O. Svaasand, J. Lotfi, J.A. Viator, J.S. Nelson. Lasers Surg. Med., 36 (4), 281 (2005). DOI: 10.1002/lsm.20154
- F. Khatun, Y. Aizu, I. Nishidate. Int. J. Mol. Sci., 22 (4), 1528 (2021). DOI: 10.3390/ijms22041528
- I.N. Yu. J. Biomed. Photonics Eng., 8 (4), 40513 (2022). DOI: 10.18287/JBPE22.08.040513
- H. Jia, B. Chen, D. Li. Lasers Med. Sci., 32, 513 (2017). DOI: 10.1007/s10103-017-2143-8
- M.A. Trelles, R. Weiss, J. Moreno-Moragas, C. Romero, M. Velez, X. Alvarez. Lasers Surg. Med., 42 (9), 769 (2010). DOI: 10.1002/lsm.20972
- D.B. Smirnov et al. Advances in 3OM: Opto-Mechatronics, Opto-Mechanics, and Optical Metrology. V. 12170 (SPIE, 2022). DOI: 10.1117/12.2622983
- V. Belikov, F.I. Feldchtein, G.B. Altshuler. US Patent 2012/0123399 A1, N 13/379,916 (17 May, 2012)
- G.E. Romanos, A.V. Belikov, A.V. Skrypnik, F.I. Feldchtein, M.Z. Smirnov, G.B. Altshuler. Lasers Surg. Med., 47 (5), 411 (2015). DOI: 10.1002/lsm.22360
- L. Cummins, M. Nauenberg. Biophys. J., 42 (1), 99 (1983). DOI: 10.1016/s0006-3495(83)84373-2
- A.E. Pushkareva, I.V. Ponomarev, S.B. Topchiy, S.V. Klyuchareva. Laser Phys., 28 (9), 096003 (2018). DOI: 10.1088/1555-6611/aac903
- B. Yakimov, K. Buiankin, G. Denisenko, Y. Shitova, A. Shkoda, E. Shirshin. Sci. Rep., 14 (1), 22874 (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-73084-6
- V. Perekatova, E. Sergeeva, M. Kirillin, A. Khilov, D. Kurakina, I. Turchin. Opt. Commun., 579, 131440 (2025). DOI: 10.1016/j.optcom.2024.131440
- N. Bosschaart, G.J. Edelman, M.C. Aalders, T.G. van Leeuwen, D.J. Faber. Lasers Med. Sci., 29, 453 (2014). DOI: 10.1007/s10103-013-1446-7
- D.M. Duffy. Cosmet. Dermatol., 25 (3), 126 (2012)
- V.Y. Chuchin, A.A. Masharskaya, A.V. Belikov. J. Biophotonics, e202400251 (2024). DOI: 10.1002/jbio.202400251
- M.P. Goldman. Sclerotherapy, Treatment of Leg Telangiectasias with Laser and High-Intensity Pulsed Light (Elsevier, 2017), p. 388--425
- F. Bloos, K. Reinhart. Intensive Care Med., 31 (7), 911 (2005). DOI: 10.1007/s00134-005-2670-9
- L.L. Randeberg, J.H. Bonesr nning, M. Dalaker, J.S. Nelson, L.O. Svaasand. Lasers Surg. Med., 34 (5), 414 (2004). DOI: 10.1002/lsm.20042
- R.O. Wright, W.J. Lewander, A.D. Woolf. Ann. Emerg. Med., 34 (5), 646 (1999). DOI: 10.1016/s0196-0644(99)70167-8
- Д.А. Рогаткин. Мед. физ., (2), 97 (2012)
- W. Karlen, J. Lim, J.M. Ansermino, G. Dumont, C. Scheffer. 2012 Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, 2448 (IEEE, 2012). DOI: 10.1109/EMBC.2012.6346459
- M. Nagai, A. Tomoda, Y. Yoneyama. J. Biol. Chem., 256 (17), 9195 (1981)
- F. Khatun, Y. Aizu, I. Nishidate. J. Biomed. Opt., 26 (3), 033708 (2021). DOI: 10.1016/S0021-9258(19)52527-3
- A.V. Belikov, V.Y. Chuchin. J. Biomed. Photonics Eng., 10 (2), 020303 (2024). DOI: 10.18287/JBPE24.10.020303
- J.W. Spliethoff et al. J. Biomed. Opt., 19 (9), 097004 (2014). DOI: 10.1117/1.JBO.19.9.097004
Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.
Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.