Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Том 1 - Исимару А.
Скачать (прямая ссылка):
а решение дается выражениями
^(Г)="'1(Т-Д)[-|ГР""Р.]. (9.53)
F* М = - i ["PteV)] = [зк- + 5г] "Р V) р""г.
(9.54)
Заметим, что в случае непоглощающпх рассеивателей = 0, н полный
поток 4m2Fd через сферическую поверхность радиуса г не зависит от г и
равен Ро, как это п должно быть в соответствии с законом сохранения
энергии.
9.7. Измерение отражения с помощью двух
волоконных световодов
Для измерения относительной отражательной способности в случае
однородной среды с дискретными рассеивателями была сконструирована
двухволоконная кювета ([125], см. также табл. 3.2, где приведены
некоторые характеристики крови). Такая кювета использовалась с целью
получения данных для про
Диффузионное приближение
207
верки описанной в разд. 9.5 теории, на основе которой строится модель
волоконнооптического катетера. Кювета состоит из двух параллельных
оптических волокон: неподвижного излучающего
Излучающее
волокно
Рис. 9.4. Измерение отражения двумя
волоконными световодами
Принимающее
волокно
Э ритроциты
(? о
О
\ ' О О
А
| О о
волокна диаметром 0,508 мм, которое контактирует с поверхностью
рассеивающей среды по нормали к ней, и принимающего
Гематокрит Н
Рис. 9.5. Сравнение теории с экспериментальными результатами для отражательной
способности цельной крови человека как функции гематокрита для шести различных
расстояний между волокнами при длине волны X - = 0,685 мкм и насыщении
кислородом 98,5%. Радиальные расстояния между волокнами (сверху вниз) 0,54,
0,74, 0,90, 1,27, 1,66 и 2,85 мм.
волокна диаметром 0,127 мм, которое также контактирует с рас-
сеивающей средой, но может непрерывно смещаться вдоль радиуса на
расстояние ±5 мм относительно центра излучающего
208
Глава 9
волокна. Как излучающая, так и принимающая апертуры во время
измерений остаются в одной плоскости (рис. 9.4).
На рис. 9.5 теоретические значения, вычисленные на основе
развитой в разд. 9.5 теории и характеристик крови из табл. 3.2,
сравниваются с данными эксперимента. Из рис. 9.6 видно, что при
расстоянии между катетерами примерно 0,9 мм отражательная
способность не зависит от изменений плотности в пределах
Радиальное расстояние между волокнами, мм
Рис. 9.6. Сравнение диффузионной теории с экспериментальными результатами
(точки) для отражательной способности цельной крови человека как функции
расстояния между волокнами при трех значениях гематокрита при длине волны К =
0,685 мкм и насыщении кислородом 98,5%.
от Н = 0,22 до Н - 0,59. Это наводит на мысль, что если волокна
фиксировать в оксиметрическом волоконнооптическом катетере на
определенном расстоянии друг от друга, то можно исключить влияние
изменений гематокрита на измерения насыщения кислородом.
9.8. Волоконнооптический оксиметрический катетер
Волоконнооптический катетер [125] облучает кровь светом,
передаваемым на дальний конец катетера при помощи оптических
волокон (рис. 9.7). Свет рассеивается обратно красными кровяными
тельцами, находящимися вблизи дальнего конца ка
Диффузионное приближение
209
тетера, и передается по второму пучку оптических волокон на другой
конец катетера для определения насыщения крови кислородом.
Кольцевая конфигурация волоконного катетера, пока-
Принимающие и передающие волокна
Рис. 9.7. Схема устройства волоконнооптического катетера.
Рис. 9.8. Кольцевая конфигурация катетера. Черные волокна излучают на длине
волны 0,686 мкм, заштрихованные - на длине волны 0,925 мкм, светлые волокна
принимают отраженное излучение.
занная на рис. 9.8, состоит из чередующейся последовательности
оптических волокон. Четвертая часть всех волокон излучает свет с
длиной волны "0,9 мкм, другая четвертая часть - свет с длиной волны
0,68 мкм; половина волокон используется для приема.
210
Глава 9
Измерение отношения интенсивностей обратного рассеяния на двух
длинах волн, одна из которых более чувствительна к насыщению
кислородом (0,6-0,7 мкм), а другая (0,8-0,9 мкм) - относительно
нечувствительна, исключает влияние изменений pH и скорости потока
крови, которые приблизительно одинаково влияют на отражательную
способность крови на обеих длинах
Рис. 9.9. Зависимость на-
сыщения кислородом от от-
ношения отражательных
способностей при длине вол-
ны 0,925 мкм и при длине
волны 0,685 мкм. Черные точ-
ки - диффузионная теория,
светлые - эксперименталь-
ные данные.
2,0 3,0 4,0
R (0,925мкм)
R (0,685мкм)
Побудительная причина для построения модели волоконно-
оптического катетера состоит в необходимости получения теоре-
тического критерия для конструирования конфигурации волокон в
измерительном конце катетера, который будет использоваться для
определения насыщения крови кислородом. Насыщение кислородом OS
определяется отношением количества оксигемогло- бнпа к количеству
всего гемоглобина. Эмпирически установлено следующее выражение для
насыщения крови кислородом через инфракрасную отражательную
способность Ri и отражательную способность в красной области спектра
