Поляриметрический анализ сульфакрилатных отрывов эпидермиса как метод оптической биопсии

Автор: Утц С.Р., Решетникова Е.М., Алонова М.В., Галкина Е.М., Ювченко С.А., Сина дЖ.С., Зимняков Д.А., Ермоленко С.Б., Ангельский О.В.

Журнал: Саратовский научно-медицинский журнал @ssmj

Рубрика: Дерматовенерология

Статья в выпуске: 3 т.9, 2013 года.

Бесплатный доступ

Цель: разработка и оценка эффективности поляризационного зондирования биотканей in vitro. Метод основан на определении параметров поляризации рассеянного излучения. Материал и методы. В работе использовался общепризнанный метод поверхностных отрывов эпидермиса с помощью медицинского клея. Роговой слой в норме и при кожных заболеваниях (псориаз, красный плоский лишай, дискоидная красная волчанка, алопеция, чесотка, демодекоз) изучали с помощью стереомикроскопа «МС-2 ZOOM», ОСТ «OCS1300SS» и поляриметра «Thorlabs ТХР 5004».

Дерматозы, здоровая кожа, поляризационные параметры, техника отрывов эпидермиса

Короткий адрес: https://sciup.org/14917785

IDR: 14917785

Текст научной статьи Поляриметрический анализ сульфакрилатных отрывов эпидермиса как метод оптической биопсии

1Введение. При взаимодействии поляризованного излучения с биотканями наблюдаются два основных эффекта — деполяризация излучения, связанная с многократным рассеянием света в биоткани, и изменение состояния поляризации нерассеянной («когерентной») составляющей излучения, обусловленное двулучепреломлением ткани, ее оптической активностью и др. Патологически обусловленные изменения морфологии рогового слоя являются причиной возникновения различий в оптических свойствах здоровой и поражённой кожи [1–8].

Цель: разработка и оценка эффективности метода поляризационного зондирования in vitro биотканей на основе локальных оценок поляризационных параметров рассеянного вперед излучения в режиме малократного рассеяния

Материал и методы . Нами исследовались образцы поверхностных отрывов эпидермиса, полученные с участков здоровой и патологически измененной кожи. Анализировались такие патологии, как алопеция, волчанка, красный плоский лишай, демодекоз, псориаз, чесотка [9–12]. Для получения кожных отрывов применялся медицинский аутостерильный нетоксичный клей, обладающий высокими адгезивными свойствами [13–16]. При данной методике получали образцы различных слоев эпидермиса. Более подробно методика описана в статье Утца и соавт. [17].

В качестве источника излучения при зондировании использовался He-Ne лазер с длиной волны излучения 633 нм (линейная поляризация, выходная мощность 2 мВт). В оптической схеме системы зондирования применена телескопическая схема из двух микрообъективов с совмещенными фокальными плоскостями, где располагались исследуемые образцы на стеклянных подложках. Диаметр перетяжки зондирующего пучка составлял приблизительно 15 мкм. В ходе измерений осуществлялось поперечное сканирование образцов путем их последовательного смещения перпендикулярно зондирующему пучку с шагом 5 мкм; для каждого шага сканирования осуществлялась регистрация поляризационных характеристик прошедшего через исследуемый образец лазерного излучения. В качестве поляризационночувствительного детектора использовалась внешняя головка PAN5710VIS поляриметра THORLABS TXP 5004, подключенного к компьютеру. Регистрировались два поляризационных параметра прошедшего через исследуемый образец лазерного излучения: азимут поляризации по отношению к исходному направлению поляризации зондирующего пучка и эксцентриситет эллипса поляризации.

Результаты и обсуждение . Анализ полученных экспериментальных данных показал, что поляризационные параметры прошедшего через исследуемые образцы излучения характеризуются различными средними значениями и дисперсией в зависимости от типа патологии. Полученные результаты приведены на рисунке.

Для большинства патологий исследуемые образцы могут быть достаточно надежно идентифицированы по нахождению в определенной области в пространстве параметров «азимут поляризации — эксцентриситет эллипса поляризации». В то же время подобные области для таких патологий, как волчанка и псориаз, частично перекрываются. Существенной особенностью является то, что данные патологии характеризуются максимальной дисперсией поляризационных параметров.

Заключение. Метод поляризационной биопсии на основе статистического анализа локальных значений поляризационных параметров прошедшего через зондируемый слой биоткани лазерного из-

Области возможных значений поляризационных параметров для нормального и патологически измененного эпидермиса кожи человека

■ псориаз

♦ алопеция

▲ волчанка

▼ нормальная кожа

4 красный плоский лишай

► чесотка

♦ демодекоз азимут поляризации, град лучения может явиться существенным дополнением как к традиционным микроскопическим методам анализа образцов биотканей, так и к современным методам диагностики и визуализации (например, оптической когерентной томографии) [18–21]. Дальнейшие исследования в данном направлении будут направлены на разработку системы диагностических критериев на основе поляриметрических данных и феноменологической модели для описания взаимосвязи поляризационных характеристик регистрируемого оптического сигнала со структурными параметрами зондируемого образца.

Список литературы Поляриметрический анализ сульфакрилатных отрывов эпидермиса как метод оптической биопсии

  • Зимняков Д. А., Синичкин В. П., Ушакова О. В. Оптическая анизотропия фиброзных биотканей: анализ влияния структурных характеристик//Квантовая электроника. 2007. Т. 37, № 8. С. 777-783
  • Кузьмин В.А., Меглинский И. В. Обратное рассеяние света с линейной и круговой поляризациями в случайно-неоднородных средах//Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 106, № 2. С. 294-305
  • Тучин В. В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. Саратов: Изд-во Сарат ун-та, 1998. 383 с.
  • Eppich Е., Beuthan J., Dressier О, Muller G. Optical phase measurements on biological cells//Laser Phys. 2000. Vol. 10. P. 467-477
  • Galanzha E.I., Tuchin V. V., Luo Q., Cheng H., Solov»eva A.V. The action ofosmotically active drugs on optical properties of skin and state of microcirculation in experiments//Asian J. Phys. 2001. Vol. 10. №4. P. 503-511
  • Генина Э.А., Башкатов A. H., Синичкин Ю.П., Тучин В. В. Оптическое просветление кожи под действием глицерина: исследование ex vivo и in vitro//Опт. спектр. 2010. Т. 109, №2. С. 256-263
  • Wang R. К., Tuchin V V Optical tissue clearing to enhance imaging performance for ОСТ//Opt. Coher. Tomog.: Tech. and App./ed. by W. Drexler, J.G. Fujimoto. Berlin: Springer, 2008. P. 851-882
  • Chernova S. P., Kuznetsova N.V, Pravdin А.В., Tuchin V V Dynamics of optical clearing of human skin in vivo//Proc. SPIE. 2000. Vol. 4162. P. 227-235
  • Дерматология Фицпатрика в клинической практике: в 3 т.//Клаус Вольф, Лоуэлл А. Голдсмит, Стивен И. Кац [и др.]/пер. с англ., общ. ред. акад. А. А. Кубановой. М.: Изд-во Панфилова БИНОМ: Лаборатория знаний, 2012. Т. 1. С. 46-52
  • Соколова ТВ., Федоровская РФ., Ланге А. Б.//Чесотка. М.: Медицина, 1989. 175 с.
  • Соколова ТВ. Чесотка. Новое в этиологии, эпидемиологии, клинике, диагностике, лечении и профилактике (лекция)//Рос. журн. кож. и вен. бол. 2001. № 1. С. 27-39
  • Rufli Th., Mumcuoglu Y. The hair follicle mites Demodex folliculorum and Demodex brevis: biology and medical importance//Dermatology. 1981. Vol. 162/P. 1 -11
  • Количественные методы оценки интенсивности де-сквамации при изучении эффективности антипсориатиче-ской терапии//Вестн. дерм, и вен. 1997. № 2. С. 4-7
  • Утц С. Р., Довжанский С. И., Хомутова Т. Г., Одоевская О. Д. Использование метода поверхностей биопсии кожи в дерматологической практике//Вестн. дерм, и вен. 1992. № 7. С. 37-38
  • Утц С. Р., Довжанский С. И., Хомутова Т. Г., Одоевская О.Д. Эксфолиативная кариометрия эпидермиса при псориазе//Вестн. дерм, и вен. 1995. № 5. С. 4-8
  • Tuchin VV, Zimnyakov D.A., Maksimova I.L., Akcurin G.G., Mishin A.A., Utz S. R., Peretochkin I.S. The coherent, low-coherent and polarized light interraction with tissues undergo the refractive indices matching control//Proc. SPIE. 1998. Vol. 3251. P. 12-21
  • Утц С. P., Зимняков Д. А., Галкина E.M., Ювченко С. А., Решетникова Е.М., Алонова М.В. Оптическая когерентная томография сульфакрилатных отрывов эпидермиса//Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. № 3. Прил.
  • Пушкарева А.Е. Методы математического моделирования в оптике биотканей: учеб. пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. С. 103
  • Jacobi U., Waibler Е., Sterry W., Lademann J. In vivo determination of the long-term reservoir of the horny layer using laser scanning microscopy//Laser Phys. 2005. Vol. 15, № 4. P. 565-569
  • Guo X., Gou Z., Wei H., He Y, Xie S., Deng X., Zhao Q., Li L. In vivo comparison of the potical clearing efficacy of optical clearing agents in human skin by quantifying permeability using optical coherence tomography//Photochem. Photobiol. 2011. Vol. 87? № 3. P. 734-740
  • Wen X., Jacques S. L., Tuchin VV, Zhu D. Enhanced optical clearing of skin in vivo and ОСТ in-depth imaging//J. Biomed. Opt. 2012. Vol. 17, № 6. P. 066022.
Еще
Статья научная