В данной статье был произведен расчет чувствительностиприёмника, при различном расстоянии между источником и приемником для мышечной ткани и ткани головы. Расчет проведен двумя методами с использованием коэффициента DPF взятый равным 5,6–6,0 или рассчитанный по формуле. Полученные данные представлены в виде графиков, из чего был сделан следующий вывод, что сигнал полученный дистантным методом, ослабевает сильнее, следовательно, приемник излучения должен иметь определенную чувствительность.
Ключевые слова: спектрофотометрия, дистантные измерения, энергетический расчет
Спектрофотометрия биотканей позволяет получать информацию о функциональной активности биологической ткани и ее метаболизме, о работе системы транспорта кислорода. Благодаря этому спектрофотометрия биотканей занимают прочное положение в решении важных задач функциональной диагностики, а также являются активно развивающимися в настоящее время областями неинвазивной диагностики.
Важным шагом является создание спектрофотометра с возможностью дистантных измерений. В случае, когда кожный покров поврежден в следствии механического, химического или термического воздействия, данный аппарат даст возможность провести быструю, количественную и неинвазивную оценку состояния кожного покрова, что может помочь врачам в определении жизнеспособности ткани и принятие решения о дальнейшем лечении.
При разработке спектрофотометра с возможностью дистантных измерений, необходимо учитывать многие факторы, начиная от лазерной безопасности при работе с биообъектом, а также и особенности конструкции.
В данной работе будет проведен расчет мощности на приёмнике при различном расстоянии между источником и приемником.
Исходные данные
Для спектрофотометра с возможностью дистантного измерения проведем рассечёт мощности на приёмнике в зависимости от расстояния между источником и приемником для мышечной ткани и для ткани головы.
В рассматриваемом приборе излучения с длиной волны λ мощностью W от источника излучения доставляется по средствам оптической системы освещения к обследуемому биологическому объекту. Внутри биологического объекта попадающее туда излучения претерпевает многократные рассеяния на границах неоднородностей анатомической и клеточной структур, и частично поглощается составляющими биологического объекта, веществами: водой, меланином, гемоглобином крови и другие. Часть ослабленного за счет поглощения и рассеяния излучения, вследствие многократных актов рассеяния, снова выходит на поверхность, составляя так называемый поток обратно рассеянного излучения. Благодаря чему на приемник приходит световой поток определенной мощности 
. Так же мощность излучения, которая попадет на приемник, зависит от расстояния, на котором будут находится источник и приемник.
Проведем анализ зависимости мощности, приходящий на приемник, от расстояния между источником и приемником. воспользуемся известным выражением.
(1)
Где Wист- мощность источника излучения, Wист зависит от мощности источника и свойства биообъекта. Wист= 1÷5 мВт [1]; μa — коэффициент поглощения исследуемой биоткани, r- расстояние между источником и приемником, k- коэффициент отражения, по уже известным значениям, указанным на рис 1, рассмотрим длину волны в диапазоне от 650–900 нм. Примем среднее значение k=0.65 отн.ед.;
Рис. 1. Коэффициент отражения от поверхности кожи в зависимости от длины волны [2]
Приведенные в литературе диапазоны значений оптических параметров биотканей соответствуют интервалам: а — от 0,05 до 1 
и s — от 0,1 до 1000 [3]. Типичные значения для s' сильно рассеивающих тканей (мышечной, головного мозга и др.) находятся в диапазоне от 3 до 20 , для а — от 0,1 до 0,3 [3]. Для большего удобства представим переставим данные в виде таблицы.
|
|
Мышечная ткань |
Ткани головы |
|
|
0.13 |
0.1 |
|
|
5 |
9 |
DPF — безразмерный дифференциальный фактор длины пути, учитывающий многократное рассеяние излучения в среде. Величина DPF для многократно рассеивающих биологических тканей, находится в диапазоне 5,6–6,0 экспериментальные исследования по определению DPF проводились A. Duncan [4]. r- расстояние между источником и приемником.
Полученные данные
При расчёте, рассмотрим 2 величины мощности источника: Wист= 1 мВт и Wист= 5 мВт;
Рис. 2. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды 
=0.13 и s = 5, для мышечной ткани
Рис. 3. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды
=0.1 и s =5, для тканей головы
Если проводить более точные расчеты, то в этом случае необходимо просчитать значение DPF, которое рассчитывается по формуле:
(2)
Результаты расчёта представлены на рисунке 4 и рисунке 5.
Рис. 4. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.13 и s = 5, для мышечной ткани
Рис. 5. Зависимость мощности на приёмнике от расстояния между источником и приемником, при оптических параметрах среды =0.1 и s = 9, для тканей головы
Про анализируя полученным значений, можно сказать, что коэффициент DPF взятый равным 5,6–6,0 или рассчитанный по формуле (2), дает не значительные отклонения, следовательно, при расчете спектрофотометра с возможностью дистантных измерений можно использовать любой метод расчета.
Вывод: проведя данные расчеты и построив графики, можно сказать, что при увеличении расстояния между источником и приемником, мощность W(r) уменьшается, следовательно, приемник должен иметь чувствительность, позволяющую уловить сигнал, полученный дистантным методом.
Литература:
- ГОСТ Р 50723–94: Лазерная безопасность общие требования безопасности при разработке и эксплуатации лазерного изделия.
- Dolotov L. E., Sinichkin Yu.P., Tuchin V. V., Utz S. R., Altshuler G. B., I. V. Yaroslavsky. Design and Evaluation of a Novel Portable Erythema-Melanin-Meter // Lasers in Surgery and Medicine. — 2004. — V. 34. — P. 127–135.
- Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т. Т. 1 / Пер. с англ. под ред. В. В. Тучина. — М.: Наука, Физматлит, 2007. — 560 с.
- A. Duncan, J. H. Meek, M. Clemence, C. E. Elwell, L. Tyszczuk, M. Cope, D. T. Delpy. Optical pathlength measurements on adult head, calf and forearm and the head of the newborn infant using phase resolved near infrared spectroscopy // Phys. Med. Biol.. — 1995. — Vol. 40. — С. P.295–304
