Preview

Приборы и методы измерений

Расширенный поиск

ВЛИЯНИЕ ПРОФИЛЯ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА НА СВЕТОРАССЕЯНИЕ КОЖЕЙ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ФОТОМЕТРИИ ЭЛЛИПСОИДАЛЬНЫМИ РЕФЛЕКТОРАМИ

https://doi.org/10.21122/2220-9506-2018-9-1-56-65

Полный текст:

Аннотация

Корректный учет параметров лазерного излучателя для повышения диагностической достоверности методов оптической биомедицинской диагностики является важным для прикладных задач биофотоники. Целью данной работы являлась оценка влияния профиля распределения энергии в поперечном сечении лазерного пучка на светорассеянье слоями кожи человека при фотометрии эллипсоидальными рефлекторами.

Биомедицинский фотометр с эллипсоидальными рефлекторами для исследования образцов биологических тканей в проходящем и отраженном свете использует в качестве зондирующего лазерное излучение бесконечно тонкого, гауссового и равномерного профиля поперечного сечения. Распространение пучков обозначенных профилей, состоящих из 20 млн фотонов с длиной волны 632,8 нм, было промоделировано путем симуляции Монте-Карло в слоях кожи человека (роговом слое, эпидермисе, дерме и подкожной жировой ткани) различной анатомической толщины и эллипсоидальных рефлекторах с фокальным параметром 16,875 мм и эксцентриситетом 0,66.

Результаты моделирования показали, что распределение освещенности в зонах поля фотометрических изображений для различных толщин рогового слоя и эпидермиса в проходящем и отраженном слое, а также дермы в отраженном свете существенно подвержены влиянию профиля поперечного сечения лазерного пучка. Распределение освещенности для подкожной жировой ткани в отраженном и проходящем свете, а также дермы в проходящем свете, практически не зависят от профиля лазерного пучка для анатомических толщин, свойственных коже человека на различных участках тела.

Представлены результаты модифицированного метода симуляции Монте-Карло для биомедицинского фотометра с эллипсоидальными рефлекторами при биометрии слоев кожи человека. Для сильно рассеивающих рогового слоя и эпидермиса освещенность среднего и внешнего колец фотометрических изображений изменяется в зависимости от профиля лазерного пучка более чем на 50 % в прошедшем свете и 30 % – в отраженном. Для слабо рассеивающих слоев кожи (дермы и подкожной жировой ткани) влияние профиля заметно только для дермы в отраженном слое и не превышает 15 %.

Об авторах

M. А. Безуглый
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Украина

Адрес для переписки:  Безуглый M.А. – Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского», пр. Победы, 37, г. Киев 03056.       e-mail: mikhail_bezuglyy@ukr.net



Н. В. Безуглая
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Украина


С. А. Костюк
Национальный технический университет Украины «Киевский политехнический институт имени Игоря Сикорского»
Украина


Список литературы

1. Tuchin V.V. Opticheskaya biomeditsinskaya diagnostika [Optical biomedical diagnostics. In 2 parts. Vo-Dinh Tuan. Biomedical Photonics Handbook II Vol., USA, CRC Press LLC, 2003, 889 p.

2. Vo-Dinh Tuan. Biomedical Photonics Handbook II Vol., USA, CRC Press LLC, 2003, 889 p.

3. Baranoski G., Krishnaswamy A. An introduction to light interaction with human skin. RITA, 2004, no. 11 (1), pp. 33–62.

4. Pushkareva E. Metody matematicheskogo modelirovaniya v optike biotkani [Methods of mathematical modeling in tissue optics]. St. Petersburg, ITMO Publ., 2008, 103 p. (in Russian).

5. Genina E. Metody biofotoniki: Fototerapiya [Methods of biophotonics: Phototherapy]. Saratov, Novyi Veter Publ., 2012, 119 p. (in Russian).

6. Bezuglyi M.A., Bezuglaya N.V. Ellipsoidal reflectors in biomedical diagnostic. Proc. SPIE, 2013, pp. 9032. doi: 10.1117/12.2044606

7. Bezuglyi M.A., Bezuglaya N.V., Helich I.V. Ray tracing in ellipsoidal reflectors for optical biometry of media. Appl Opt., 2017, no. 56 (30), pp. 8520–8526. doi: 10.1364/AO.56.008520

8. Bezuglyi M.A., Pavlovets N.V. Optical biometry of biological tissues by ellipsoidal reflectors. Proc. OSASPIE, 2013, pp. 8798. doi: 10.1117/12.2031142

9. Meglinskii I.V. Monte Carlosimulationofreflection spectra of random multilayer media strongly scattering and absorbing light. Quantum Electronics, 2001, no. 31, pp. 1101–1107. doi: 10.1070/QE2001v031n12ABEH002108

10. Prahl S.A., Keijzer M., Jacques S.L., Welch A.J. A Monte Carlo Model of Light Propagation in Tissue. Dosimetry of Laser Radiation in Medicine and Biology, 1989, SPIE Institute Series 5, pp. 102–111. doi: 10.1117/12.2283590

11. Budagovsky A.V. Distantsionnoye mezhkletochnoye vzaimodeystviye [Distant intercellular interaction]. Moscow, Technika Publ., 2004, p. 104. (in Russian).

12. Florence Sudha G., T Ganesa Palnivelu. Electronic biopsy for skin cancer detection. Current science, 2004, no. 87 (5), рp. 645–649.

13. Bashkatov A.N., Genina E.A., Kochubey V.I. and Tuchin V.V. Optical properties of human skin, subcutaneous and mucous tissues in the wavelength range from 400 to 2000 nm. J. Phys. D Appl. Phys., 2005, no. 38 (15), pp. 2543–2555. doi: 10.1142/S1793545811001319

14. Cui W., Ostrander L.E. The relationship of surface measurements to optical properties of layered biological media. IEEE Trans. Biomed. Eng., 1992, no. 39, рp. 194– 201. doi: 10.1109/10.121651

15. Kozhemiako V., Pavlov S., Stanchuk K. Optykoelektronni metody i zasoby dlya obrobky ta analizu biomedychnykh zobrazhen': Monohrafiya [Opticalelectronic methods and technics for treatment and analysis of biomedical images. Monography]. Vinnytsia, Universum, 2006, 203 p. (in Ukrainian).

16. Yeliseyev Yu. Zabolevaniya kozhi. Polnyy meditsinskiy spravochnik dlya vsey semi [Skin diseases: A complete medical reference book for the whole family]. Moscow, Eksmo Publ., 2009, 802 p. (in Russian).

17. Bezuglyi M.A., Bezuglaya N.V., Samilyak A.B. [Image processing at ellipsoidal photometry]. Devices and methods of measurements, 2016, no. 7, рp. 67–76 [in Russian]. doi: 10.21122/2220-9506-2016-7-1-67-76

18. Jacques S. L. Optical properties of biological tissues: a review. Phys. Med. Biol., 2013, vol. 58, рp. R37– R61. doi: 10.1088/0031-9155/58/11/R37

19. Hall G., Jacques S.L, Eliceiri K.W., Campagnola P.J. Goniometric measurements of thick tissue using Monte Carlo simulations to obtain the single scattering anisotropy coefficient. Biomedical optics express, 2012, no. 3 (11), рp. 2707–2719. doi: 10.1364/BOE.3.002707

20. Part. 1. Translated from English]. Moscow, Physmathlit Publ., 2007, 560 p. (in Russian).


Для цитирования:


Безуглый M.А., Безуглая Н.В., Костюк С.А. ВЛИЯНИЕ ПРОФИЛЯ ЛАЗЕРНОГО ПУЧКА НА СВЕТОРАССЕЯНИЕ КОЖЕЙ ЧЕЛОВЕКА ПРИ ФОТОМЕТРИИ ЭЛЛИПСОИДАЛЬНЫМИ РЕФЛЕКТОРАМИ. Приборы и методы измерений. 2018;9(1):56-65. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2018-9-1-56-65

For citation:


Bezuglyi M.A., Bezuglaya N.V., Kostuk S. INFLUENCE OF LASER BEAM PROFILE ON LIGHT SCATTERING BY HUMAN SKIN DURING PHOTOMETRY BY ELLIPSOIDAL REFLECTORS. Devices and Methods of Measurements. 2018;9(1):56-65. https://doi.org/10.21122/2220-9506-2018-9-1-56-65

Просмотров: 538


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


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