Численное исследование влияния концентрации метгемоглобина в крови на поглощение света в коже человека

Беликов А.В., Чучин В.Ю. Численное исследование влияния концентрации метгемоглобина в крови на поглощение света в коже человека // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 4. С. 685–695. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-4-685-695

Введение. Лазеры широко применяются в дерматологии для удаления телеангиэктазий. Повышение эффективности склерозирования глубоколежащих и крупных телеангиэктазий лазерным излучением, возможно за счет изменения оптического пропускания кожи при ее нагреве и преобразовании гемоглобина, содержащегося в крови кожи, в метгемоглобин. Влияние концентрации метгемоглобина в крови на поглощение света в коже человека мало изучено, что определяет актуальность данной работы в контексте поиска путей повышения эффективности лазерного удаления телеангиэктазий. Метод. Разработаны численные семислойные оптические модели кожи человека без и с телеангиэктазией. В диапазоне длин волн 400–1600 нм рассчитаны спектры коэффициента экстинкции и степени изменения оптического пропускания цельной крови и слоев кожи в моделях кожи без и с артериолярной и венулярной телеангиэктазиями при различных концентрациях метгемоглобина в крови. На основании анализа спектров выбраны длины волн, на которых при преобразовании гемоглобина в метгемоглобин происходит наибольшее изменение оптического пропускания цельной крови и слоев кожи. Для выбранных длин волн методом Монте-Карло смоделирован ход лучей и получены распределения поглощенной оптической мощности в каждом слое кожи без и с телеангиэктазией при различных концентрациях метгемоглобина. Основные результаты. Обнаружено, что при преобразовании гемоглобина в метгемоглобин наибольшее уменьшение степени изменения оптического пропускания цельной крови происходит на длинах волн 629 нм и 1105 нм, а наибольшее увеличение — на 447 нм и 578 нм. Показано, что с ростом концентрации метгемоглобина с 0 до 100 % в коже доля поглощенной оптической мощности в слое поверхностного сплетения сосудов без и с телеангиэктазией на длинах волн 629 нм и 1105 нм повышается, а на 441 нм и 574 нм — снижается. При этом в слое глубокого сплетения сосудов на длинах волн 441 нм, 574 нм и 1105 нм доля поглощенной оптической мощности повышается, а на длине волны 629 нм сначала с ростом концентрации метгемоглобина до 25 % повышается, а затем снижается, но до значений, превышающих значение доли поглощенной оптической мощности без метгемоглобина. Обсуждение. Изменение оптического пропускания, связанное с заменой гемоглобина крови на метгемоглобин, в большей степени проявляется для слоя поверхностного сплетения сосудов, что связано с высоким содержанием крови в нем и ограниченным вкладом вышележащих слоев кожи в деформацию спектра падающего на этот слой света. В коже с телеангиэктазией изменение концентрации метгемоглобина изменяет долю поглощенной оптической мощности на большую величину, чем в коже без телеангиэктазии, что можно связать с увеличением объемной концентрации крови слоев кожи с телеангиэктазией и увеличением их толщины. Полученные результаты могут быть применены при разработке лазерных систем и технологий лечения заболеваний кожи, в том числе для лазерного склерозирования телеангиэктазий.

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License