ЗАВИСИМОСТЬ РАЗМЕРОВ СПЕКЛ-ПЯТЕН И ИХ КОНТРАСТА ОТ БИОФИЗИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ БИОТКАНИ


DOI: http://dx.doi.org/10.21122/2220-9506-2017-8-2-177-187

Полный текст:


Аннотация

Спекл-поля широко используются для оптической диагностики биотканей и оценки функционального состояния биообъектов. Спекл-поле, образованное рассеянным от исследуемого объекта лазерным излучением, несет информацию о средних размерах рассеивателей, степени шероховатости поверхности, структурных и биофизических параметрах отдельных клеток (частиц) ткани, с одной стороны, и об интегральных оптических характеристиках всей толщи биоткани, с другой стороны. Цель данной работы – установление связей между биофизическими и структурными характеристиками биоткани и световыми полями внутри биотканей.

Разработанная нами модель среды дает прямую связь между оптическими и биофизическими параметрами биоткани. Расчеты проводились с использованием известных решений уравнения переноса излучения, учитывающих многослойную структуру биоткани, многократное рассеяние в среде и многократное переотражение излучения между слоями.

С ростом длины волны размер спеклов, образованных нерассеянной компонентой (прямой свет) лазерного излучения, увеличивается в 2 раза – от 400 до 800 мкм в роговом слое, в 5 раз – от 0,6 до 3 мкм для эпидермиса и от 0,27 до 1,4 мкм для дермы. Типичные значения размеров спеклов, образованных дифракционной составляющей лазерного излучения, для рогового слоя и эпидермиса находятся в диапазоне от 0,02 до 0,15 мкм. Для дермы типичными являются спекл-пятна размерами до 0,03 мкм. Размер спекл-пятен диффузионной составляющей в дерме варьируется в пределах от ±10 % при 400 нм и до ±23 % для 800 нм при изменении величины объемной концентрации капилляров крови. Получены характерные зависимости и обсуждены биофизические факторы, связанные с биофизическими характеристиками биоткани, которые влияют на контраст спекл-структуры в дерме.

Значения размеров спеклов в слоях биоткани варьируются от долей микрометра до миллиметра. Установленная зависимость позволяет определить глубину проникновения излучения в биоткань, исходя из размеров спеклов. Расчет контраста спекл-структуры рассеянного излучения в видимом диапазоне на различной глубине в биоткани позволил установить зависимость величины контраста интерференционной картины от степени оксигенации крови и объемной концентрации капилляров в дерме.


Об авторах

Н. Д. Абрамович
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь

Адрес для переписки: Абрамович Н.Д. - Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники, П. Бровки, 6, Минск 220013, Беларусь     e-mail: fitix@yandex.ru



С. К. Дик
Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники
Беларусь


Список литературы

1. Барун, В.В. Спектры поглощения и глубина проникновения света в нормальную и патологически измененную кожу человека / В.В. Барун, А.П. Иванов, А.В. Волотовская, В.С. Улащик // Журнал прикладной спектроскопии. – 2007. – Т. 74, № 3. – С. 387–394.

2. Дик, С.К. Лазерно-оптические методы и технические средства контроля функционального состояния биообъектов / С.К. Дик. – Минск : БГУИР, 2014. – 235 с.

3. Тучин, В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях / В.В. Тучин. – Саратов : Изд-во Саратов. гос. ун-та, 1998. – 478 с.

4. Van Gemert, M.J.C. Skin optics / M.J.C. Van Gemert, S.L. Jacques, H.J.C.M. Sterenborg, W.M. Star // IEEE Trans. Biomed. Eng. – 1989. – Vol. 36, no. 12. – Р. 1146–1154.

5. Барун, В.В. Световые и тепловые поля в многослойной ткани кожи при лазерном облучении / В.В. Барун, А.П. Иванов // Оптика и спектроскопия. – 2006. – Т. 100, № 1. – С. 149–157.

6. Петрук, В.Г. Спектрофотометрический метод дифференциации меланомы кожи человека. I. Коэффициент диффузного отражения света / В.Г. Петрук, А.П. Иванов, С.М. Кватернюк, В.В. Барун // Журнал прикладной спектроскопии. – 2016. – Т. 83, № 1. – С. 96–105.

7. Петрук, В.Г. Спектрофотометрический метод дифференциации меланомы кожи человека. II. Диагностические характеристики / В.Г. Петрук, А.П. Иванов, С.М. Кватернюк, В.В. Барун // Журнал прикладной спектроскопии. – 2016. – Т. 83, № 2. – С. 283–293.

8. Оптическая и биомедицинская диагностика : в 2 т. / под ред. В.В. Тучина. – М. : Физмалит, 2007. – 378 с.

9. Иванов, А.П. О спекл-структуре светового поля в дисперсной среде, освещенной лазерным излучением / А.П. Иванов, И.Л. Кацев // Квантовая электроника. – 2005. – Т. 35, № 7. – С. 670–674.

10. Барун, В.В. Моделирование спекл-структуры светового поля внутри многослойной ткани кожи / В.В. Барун, С.К. Дик, А.П. Иванов, Н.Д. Абрамович // Инженерно-физический журнал. – 2013. – Т. 86, № 6. – С. 1288–1295.

11. Барун, В.В. Тепловое воздействие короткого импульса света на биологические ткани. I. Оптикотепло-физическая модель / В.В. Барун, А.П. Иванов // Биофизика. – 2004. – Т. 49, № 6. – С. 1125–1133.

12. Хайруллина, А.Я. Банк данных по оптическим и биофизическим свойствам крови, биотканей и биожидкостей в видимой и ближней ИК-области спектра / А.Я. Хайруллина [и др.] // Оптический журнал. – 1997. – Т. 64, № 3. – С. 34–38.

13. Jacques, S.L. Optical properties of biological tissues: a review / S.L. Jacques Physics Medicine Biology. – 2013. – Vol. 58, no. 1. – Р. R37–R61.

14. Vercruysse, W. Modelling light distributions of homogeneous versus discrete absorbers in light irradiated turbid media / W. Vercruysse [et al.] // Physics in medicine and biology. – 1997. – Vol. 42. – Р. 51–65.

15. Talsma, A. Corrections for inhomogeneities in biological tissue caused by blood vessels / A. Talsma,B. Chance, R. Graaff // Journal of the Optical Society of America A. – 2001. – Vol. 18, no. 4. – Р. 932–939.

16. Meinke, M. Optical properties of platelets and blood plasma and their influence on the optical behavior of whole blood in the visible to near infrared wavelength range / M. Meinke, G. Müller, J. Helfmann, M. Friebel // Journal of Biomedical Optics. – 2007. – Т. 12, no. 1. – Р. 014024-1–014024-9.

17. Finlay, J.C. Effect of pigment packaging on diffuse reflectance spectroscopy of samples containing red blood cells / J.C. Finlay, T.H. Foster // Optics Letters, – 2004. – Vol. 29, no. 9. – Р. 965–967.

18. Барун, В.В. Локализованное поглощение света гемоглобинами суспензии эритроцитов / В.В. Барун, А.П. Иванов // Журнал прикладной спектроскопии. 2009. – Т. 76, № 4. – C. 516–524.

19. Абрамович, Н.Д. Методика определения объемной концентрации крови по контрасту интерференционной картины внутри биоткани / Н.Д. Абрамович, С.К. Дик // Доклады БГУИР. – 2016. – Т. 100, № 6. – С. 117–120.

20. Абрамович, Н.Д. Методика определения степени оксигенации крови по контрасту интерференционной картины внутри биоткани / Н.Д. Абрамович, С.К. Дик // Доклады БГУИР. – 2016. – Т. 101, № 7. – С. 326–330.


Дополнительные файлы

Для цитирования: Абрамович Н.Д., Дик С.К. ЗАВИСИМОСТЬ РАЗМЕРОВ СПЕКЛ-ПЯТЕН И ИХ КОНТРАСТА ОТ БИОФИЗИЧЕСКИХ И СТРУКТУРНЫХ ПАРАМЕТРОВ БИОТКАНИ. Приборы и методы измерений. 2017;8(2):177-187. DOI:10.21122/2220-9506-2017-8-2-177-187

For citation: Abramovich N.D., Dick S.K. DEPENDENCE OF THE SPECKLE-PATTERNS SIZE AND THEIR CONTRAST ON THE BIOPHYSICAL AND STRUCTURAL PARAMETERS OF BIOLOGICAL TISSUES. Devices and Methods of Measurements. 2017;8(2):177-187. (In Russ.) DOI:10.21122/2220-9506-2017-8-2-177-187

Просмотров: 17

Обратные ссылки

  • Обратные ссылки не определены.


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

ISSN 2220-9506 (Print)
ISSN 2414-0473 (Online)