Вміст води в шкірі запропонували визначати за допомогою світла

Дослідники Сколтеха і медичного відділення Техаського університету (США) показали, як за допомогою оптоакустичного методу можна відстежувати вміст води в шкірі. Запропонований спосіб має широкі перспективи застосування в медицині, зокрема, в травматології, дерматології та косметології, інформує Ukr.Media.

Надлишок або, навпаки, нестача води в шкірному покриві людини може бути ознакою різних патологій, наприклад, набряку, викликаного скупченням рідини, або зневоднення, яке також може викликати проблеми, у тому числі косметичного характеру.

Сьогодні для моніторингу вмісту води в шкірі використовуються електричні, механічні та спектроскопічні методи, однак точних неінвазивних методів, які задовольняли б клінічним вимогам по роздільній здатності і глибині зондування, досі не існує.

Аспірант центру Сколтеха з фотоніки та квантових матеріалів (CPQM) Сергій Перков та його колеги вирішили перевірити, чи може оптоакустичний метод застосовуватися в клінічній практиці. В процесі оптоакустичного моніторингу тканину піддають впливу імпульсного світлового випромінювання.

При поглинанні випромінювання відбувається термопружне розширення тканини, яке служить джерелом ультразвукового сигналу. Попередні дослідження показали, що метод оптоакустичної спектроскопії дозволяє визначати вміст гемоглобіну, меланіну і води в тканинах. У своїй роботі вчені вирішили з'ясувати, чи можна цей метод використовувати на моделях (фантомах) тканин і на шкірі добровольця in vivo.

"Метод оптоакустичної спектроскопії безпечний для клінічного використання, оскільки кількість енергії, яка поглинається біологічною тканиною, необхідної для детекції акустичного сигналу, відносно невелика. Перевага оптоакустичної спектроскопії в порівнянні з іншими оптичними методами полягає в тому, що лазерне випромінювання необхідно доставити до ділянки тканини (області інтересу), яка поглинає його, і в подальшому є джерелом ультразвукового сигналу (в мегагерцовій області), ослаблення якого в біологічних тканинах не настільки значне, в порівнянні зі світлом.

Під час використання чисто оптичних методів лазерне випромінювання (розсіяне або відбите), яке несе корисну інформацію про об'єкт, має пройти зворотний шлях від області інтересу до оптичного детектора, що супроводжується істотними втратами", − пояснює професор Сколтеха Дмитро Горін.

Дослідники приготували двошарові моделі (фантоми) тканини шкіри з желатину і молока, а в деяких з них, змінивши вміст води, імітували набряк під епідермісом. Вони також протестували оптоакустичний метод на зап'ястях здорового добровольця без ознак набряку. Отримані дані добре узгоджуються з раніше опублікованою інформацією про вміст води в шкірі, отриманої іншими методами. Дослідникам також вдалося визначити оптимальні довжини хвиль для оптоакустичного моніторингу вмісту води в шкірі.

На наступному етапі дослідники планують провести аналогічні експерименти in vivo на реальних набряках, а також використовувати кілька довжин хвиль лазера для генерації сигналу, щоб спробувати отримати кількісну оцінку води в різних шарах шкіри. Подальші дослідження будуть проводитися у співпраці з професором медичного відділення Техаського університету (UTMB Galveston) Рінатом Єсеналієвим.