СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДОЗЫ СОЧЕТАННОГО УФ И ИК-ВОЗДЕЙСТВИЯ НА КОЖУ ЧЕЛОВЕКА Российский патент 2023 года по МПК G01J1/00 

Наибольшее негативное влияние на кожные покровы человека в виде фотоповреждения, ожогов и возникновения рака оказывает ультрафиолетовая часть А (УФ-А; 290-400 нанометров) солнечного спектра. Инфракрасная составляющая спектра (ИК-А, ИК-В, ИК-С; 0,76-1000 мкм), при достижении определенного порога мощности, тоже оказывает значительное биологическое воздействие на кожу человека и приводит к повышению температуры, поскольку ИК-излучение поглощается и преобразуется в тепло. Кожа является сильно рассеивающей средой, так как состоит из большого числа случайно распределенных в объеме рассеивающих центров, размеры которых в большинстве случаев соизмеримы с длиной волны применяемых оптических излучений. Рассеяние кожей наиболее значительно в области длин волн от 600 до 1500 нм.

Степень рассеяния света зависит также и от оптических свойств кожного покрова. Кожные покровы, как и другие биологические ткани, характеризуется собственной спектральной зависимостью поглощения излучения оптического диапазона, в частности кожа усиленно поглощает излучение ультрафиолетового и прилежащего к нему видимого диапазона спектра, а также лучи с длиной волны более 1400-2000 нм. Наименьшее поглощение света кожей наблюдается в диапазоне длин волн от 800 до 1200 нм. Кожа содержит хромофоры, которые поглощают свет в видимой и ближней ультрафиолетовой областях. К их числу относятся витамины, флавины, флавиновые ферменты, гемоглобин, меланин, каратиноиды и др. В инфракрасной области поглощение кожи определяется в основном водой.

Можно отметить, что в эпидермисе наибольший коэффициент поглощения имеет меланин, а в дерме - гемоглобин и оксигемоглобин. Характер и последствия взаимодействия оптического излучения с телом человека определяется и его проникающей способностью, которая во многом зависит от оптических свойств кожных покровов. Глубина проникновения света возрастает при переходе от ультрафиолетового излучения до видимого (оранжевого): с 0,7-0,8 до 2,5 мм, а для красного диапазона излучения соответствует уже 20-30 мм. В ближнем инфракрасном диапазоне оптического излучения проникающая способность достигает максимальных значений (60-70 мм), а затем вновь резко снижается. Повышение температуры кожи увеличивает рассеивание света в дерме и снижает его в подкожно-жировом слое.

Имеется большое количество факторов, влияющих на взаимодействие кожи с излучением УФ и ИК диапазона: отражение света слабопигментированной кожей достигает 43-55%; температура тела; пол человека; возраст; состояние кровообращения.

Пигментированная кожа отражает оптическое излучение на 6-8% слабее. У мужчин коэффициент отражения на 5-7% ниже, чем у женщин. Охлаждение участка кожи вызывает уменьшение отражения света на 10-15%.

Сочетанное воздействие УФ и ИК-воздействия на кожу человека представляет предмет отдельного изучения, поскольку в зависимости от параметров может иметь как положительное так отрицательное воздействие на кожу.

Цель настоящего изобретения заключается в создании способа для определения дозы сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека с учетом индивидуальных параметров.

Известен способ контроля уровня солнечной радиации в УФ-диапазоне и устройство для его осуществления (RU 2 094 820 C1), который предусматривает задание пороговой величины преобразования УФ-излучения в видимое излучение, изменение удельной величины потока преобразуемого УФ-излучения до перехода его порога преобразования и регистрацию излучения видимого спектра при переходе заданного порога.

Недостатком данного способа является определение только одной из составляющих солнечного спектра, приводящих к отрицательным последствиям для здоровья человека: УФ-излучения, а также отсутствие возможности учитывать степень пигментированности кожи конкретного человека, его возраста и иных факторов риска.

Известна система, применяемая для вычисления дозы солнечного облучения в заданном диапазоне длин волн: носимое устройство, снабженное датчиками, способными обнаруживать данные положения одной или нескольких точек тела в соответствии с по меньшей мере азимутом и наклоном относительно вертикальной линии; датчик геолокации, связанный с указанным человеком; удаленный вычислительный блок, функционально связанный со спутниковыми устройствами; мобильное телекоммуникационное устройство связи, расположенное вблизи человека (RU 2 750 058 C2).

Недостатком данного способа является измерение только определённого диапазона УФ-света и учет при его при расчетах рекомендованного периода пребывания человека под воздействием солнечного излучения. Известно, что ИК-составляющая оказывает значительное тепловое воздействие и существенно влияет на восприятие УФ-излучения, причем в разных ситуациях может как усиливать, так и ослаблять поражающее воздействие УФ-составляющей солнечного спектра.

В качестве прототипа рассматривается устройство для определения рекомендуемого времени нахождения человека под воздействием ультрафиолетового облучения (RU 2 150 973 C1), которое содержит фотоприемник для измерения биологически эффективной интенсивности УФ-облучения, фотоприемник для измерения коэффициента отражения света кожей и приспособление с рекомендуемыми временами нахождения человека под воздействием УФ-облучения, рассчитываемыми на базе полученных результатов измерений по математической формуле: Ti=Ai/KJi, где Ti - рекомендуемое время нахождения человека под воздействием УФ-облучения для исключения (реализации) возникновения i-го медико-биологического эффекта, выраженное в секундах; Ai - множитель (для i-го медико-биологического эффекта и диапазона длин волн, на котором измеряется коэффициент отражения света кожей), выраженный в Дж/м²; K - коэффициент отражения света кожей пользователя; Ji - биологически эффективная интенсивность УФ-облучения, достигающего человека (для i-го медико-биологического эффекта), выраженная в Вт/м².

Недостатком данного изобретения является измерение заданного диапазона УФ-света и учет при его при расчетах рекомендованного периода пребывания человека под воздействием солнечного излучения, при этом влияние теплового излучения солнечного спектра не учитывается. Для устранения настоящего недостатка предлагается заявленный способ для определения дозы сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу с учетом индивидуальных параметров человека, который учитывает текущую и накопительную часть диапазонов солнечного излучения.

Целью настоящего изобретения достигается за счет того, что наряду с датчиком ультрафиолетового излучения, реализованном в прототипе, используется дополнительный датчик инфракрасного излучения и программы совместной обработки данных с двух датчиков. В качестве вычислительного устройства может выступать любая ЭВМ, например, персональный компьютер или смартфон. Блок-схема взаимодействия компонентов устройства для определения накопительной дозы УФ и ИК-облучения, полученной человеком и оценки рекомендуемого времени нахождения под воздействием УФ и ИК-облучением проиллюстрирована на фиг. 3.

Для достижения технического результата способ определения дозы сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека, заключающийся в получении и последующей обработке данных с датчика ИК-воздействия, датчика УФ-воздействия на кожу обследуемого, отличающийся тем, что способ основан на индивидуальном алгоритме оценки, включающем одновременно определение интенсивности УФ и ИК-диапазонов, время воздействия на кожу обследуемых, возрастные показатели, а также учитывающем цветовая характеристика кожи обследуемых, для вычисления безопасных значений текущей и накопительной составляющих излучения за счет получения результатов обследования в реальном времени, позволяя учитывать данные, полученные совместно и одновременно с двух датчиков УФ и ИК-диапазонов, позволяющие определить как негативное влияние на кожу человека, так и позитивное влияние, а также для определения индивидуального порогового значения дозы сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека, оценивая риски сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека при использовании защитных и профилактических средств.

В отличие от аналогов и прототипа в настоящем изобретении для определения рекомендуемого безопасного времени воздействия солнечного света на кожу человека измеряются два диапазона: УФ- и ИК-составляющие спектра, а также в расчете учитываются параметры индивидуальной чувствительности конкретного человека к солнечному излучению, что является актуальной и важной с точки зрения профилактики кожных заболеваний включая рак кожи задачей.

Новизной является алгоритм вычисления безопасной накопительной дозы УФ и ИК-облучения, полученной кожей человека. В устройстве для определения данных параметров учитывают индивидуальные параметры кожи человека, в том числе степень пигментированности.

Технический результат способа заключается в определении воздействия дозы сочетанного УФ и ИК-составляющих солнечного спектра на кожу человека, разработке алгоритма вычисления и устройства для определения накопительной дозы УФ и ИК-облучения, полученной человеком и оценки рекомендуемого времени нахождения под воздействием УФ и ИК-облучением.

Рекомендуемое время нахождения под воздействием УФ и ИК-облучением по настоящему изобретению рассчитываемое по формуле:

где - коэффициент от возраста, определяется опытным путем для каждой возрастной группы, - время, рекомендованное ВОЗ для каждого фототипа кожи по Фицпатрику при текущем значении УФ индекса, UVI - УФ индекс.

Накопительная доза УФ в процентах от рекомендованной рассчитывается не реже одного раза в минуту по формуле:

где - коэффициент синергизма совместного влияния излучения УФ и ИК диапазонов.

Накопительная доза ИК в процентах от рекомендованной рассчитывается не реже одного раза в минуту по формуле:

где - площадь облучаемой поверхности тела м², - текущий уровень ИК излучения в Вт/м², - коэффициент устойчивости к ИК излучению для каждого фототипа кожи по Фицпатрику, - максимальная рекомендованная экспозиционная доза.

Индивидуализация параметров заключается в количественной оценке факторов влияющих на взаимодействие кожи с излучением УФ и ИК диапазона

Пример 1. Обследуемый в возрасте 23 лет, после измерения уровня УФ излучения и определения его как высокого по 10 бальной оценке уровня интенсивности (измеренное значение = 6) определено максимальное безопасное время нахождения при сохранении имеющейся интенсивности УФ до 50 минут. Уровень ИК излучения составил 40 процентов при данном сочетании имеющихся показателей, таким образом, текущие параметры являются безопасными (фиг. 1). Негативного воздействия на кожу обследуемого не выявляется. Накопительная часть заключается в том, что после сочетанной экспозиции более 50 минут будет наблюдаться эффект синергизма и увеличения негативного воздействия на кожу.

Пример 2. Обследуемый со 2 типом кожи, после измерения уровня УФ излучения и определения как высокого по 10 бальной оценке уровня интенсивности -5, определено максимальное безопасное время нахождения при сохранении имеющейся интенсивности УФ индекса 1.2 до 60 минут (фиг. 2). При этом риск возникновения солнечных ожогов определен как низкий. Уровень ИК излучения составил 60 процентов, при данном сочетании имеющихся показателей текущие параметры являются безопасными при времени экспозиции до 60 минут. Негативного воздействия на кожу обследуемого не выявляется. Накопительная часть заключается в том, что после сочетанной экспозиции более 60 минут будет наблюдаться эффект синергизма и увеличения негативного воздействия на кожу.

Литература

1. Кожа (строение, функция, общая патология и терапия). Под ред. Чернуха А.М., Фролова Е.П. М.: Медицина; 1982. [Kozha (stroenie, funktsiya, obshchaya patologiya i terapiya). Ed by Chernukh A.M., Frolov E.P. M.: Meditsina; 1982. (In Russ.)].

2. Мяделец О.Д., Адаскевич В.П. Морфофункциональная дерматология. М.: Медлит; 2006. [Myadelets OD, Adaskevich VP. Morfofunktsional’naya dermatologiya. M.: Medlit; 2006. (In Russ.)].

3. Montagna W, Parackal P. The structure and function of skin. N.Y.: Academic Press; 1974.

4. Киричинский А.Р. Рефлекторная физиотерапия. К.: Медгиз; 1959. [Kirichinskiy AR. Reflektornaya fizioterapiya. Kiev: Medgiz; 1959. (In Russ.)].

5. Улащик В.С. Рецепторы кожи и лечебные физические факторы. Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физи- [54, 56, 61]. ВОПРОСЫ КУРОРТОЛОГИИ, ФИЗИОТЕРАПИИ И ЛЕЧЕБНОЙ ФИЗИЧЕСКОЙ КУЛЬТУРЫ, 1, 2018.

Изобретение относится к определению рекомендуемого безопасного времени воздействия солнечного света на кожу человека с целью профилактики кожных заболеваний, включая рак кожи. Заявленный способ определения дозы сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека заключается в получении и последующей обработке данных с датчика ИК-воздействия, датчика УФ-воздействия на кожу обследуемого. Способ основан на индивидуальном алгоритме оценки, включающем одновременно определение интенсивности УФ и ИК-диапазонов, время воздействия на кожу обследуемых, возрастные показатели, а также учитывающем цветовую характеристику кожи обследуемых, для вычисления безопасных значений текущей и накопительной составляющих излучения за счет получения результатов обследования в реальном времени, позволяя учитывать данные, полученные совместно и одновременно с двух датчиков УФ и ИК-диапазонов, позволяющие определить как негативное влияние на кожу человека, так и позитивное влияние, а также для определения индивидуального порогового значения дозы сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека, оценивая риски сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека при использовании защитных и профилактических средств. Технический результат - определение воздействия дозы сочетанного УФ и ИК-составляющих солнечного спектра на кожу человека для разработки алгоритма вычисления и устройства для определения накопительной дозы УФ и ИК-облучения, полученной человеком и оценки рекомендуемого времени нахождения под воздействием УФ и ИК-облучением. 2 пр., 3 ил.

Способ определения дозы сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека, заключающийся в получении и последующей обработке данных с датчика ИК-воздействия, датчика УФ-воздействия на кожу обследуемого, отличающийся тем, что способ основан на индивидуальном алгоритме оценки, включающем одновременно определение интенсивности УФ и ИК-диапазонов, время воздействия на кожу обследуемых, возрастные показатели, а также учитывающем цветовую характеристику кожи обследуемых, для вычисления безопасных значений текущей и накопительной составляющих излучения за счет получения результатов обследования в реальном времени, позволяя учитывать данные, полученные совместно и одновременно с двух датчиков УФ и ИК-диапазонов, позволяющие определить как негативное влияние на кожу человека, так и позитивное влияние, а также для определения индивидуального порогового значения дозы сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека, оценивая риски сочетанного УФ и ИК-воздействия на кожу человека при использовании защитных и профилактических средств.