Бесконтактная диагностика физических параметров биологических объектов на основе оптических спекл-полей и дифрактометрии

• Автор: Мокрова, Дарья Всеволодовна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 150 с. : ил.

Оглавление
Список сокращений
Введение
Глава 1. Исследование динамики оксигенации гемоглобина кровенаполненной ткани под воздействием лазерного облучения in vivo
1.1 Мотивация исследования
1.2 Экспериментальное исследование динамики сатурации крови in vivo при лазерном облучении кровенаполненной ткани
1.2.1 Методика измерений
1.2.2 Результаты измерений
Выводы к главе
Глава 2. Обоснование возможности неконтактной регистрации динамики капиллярного кровотока и пульсовых волн человека in vivo методами оптики спеклов
2.1 Применимость методов оптической спекл-диагностики в биомедоптике.ЗЗ
2.2 Основные свойства спекл-полей
2.2.1 Спеклы в пространстве предмета
2.2.2 Спеклы в пространстве изображения
2.2.3 Суммирование спекл-полей
2.2.4 Лазерные спекл-структуры от биологических тканей
Выводы к главе
Глава 3. Исследование динамики микроциркуляторного кровообращения человека in vivo
3.1 Состояние проблемы
3.2 Измерение скорости движущегося диффузного объекта через динамику спеклов
3.2.1 Метод автокорреляции. Теоретические основы
3.2.2 Влияние фотоприемника на результаты измерений
3.3 Модельные эксперименты
3.4 Натурный эксперимент
Выводы к главе
Глава 4. Исследование возможности применения методов спекл-интерферометрии для регистрации формы пульсовых волн человека in vivo
4.1 Состояние проблемы
4.1.1 Методы регистрации пульсового сигнала
4.1.2 Датчик формы пульсовых волн, основанный на регистрации флуктуаций интенсивности спеклов
4.2 Амплитудный спекл-датчик формы пульсовой волны
4.2.1 Общие положения
4.2.2 Модельный эксперимент
4.2.3 Натурный эксперимент
4.3 Дифференциальный оптоэлектронный спекл-пульсометр

4.3.1: Общие сведения
4:3.2 Модельный эксперимент
4.4 Сравнительные натурные испытания амплитудной и дифференциальной

4:5 Лабораторный макет спекл-датчика пульсовых волн
4:5.1: Концепция построения сенсоров капиллярного кровотока и формы
пульсовой волны
4.5.2 Разработка и создание сенсоров формы пульсовой волны
4:5.3. Лабораторный макет оптоэлектронного датчика скорости.
микроциркуляторного кровотока и формы пульсовых волн
Выводы к главе
Глава 5. Исследование биологических микрообъектов методом лазерной дифрактометрии
5.1 Состояние проблемы
5.2 Принципы Фурье-оптики
5 ;3 Распознавание биологических микрообъектов методами Фурье-оптики 110 5.4'Экспериментальные исследования
5.4.1 Концепция и структурная схема модифицированного лазерного дифрактометра
5.4.2 Результаты исследований
5:5 Расширение возможностей классификации и распознавания биологических микрообъектов методом сортировки в градиентном;световом поле
5.5:1 Физические принципы применения градиентных лазерных полей в биомедоптике
5.5.2 Экспериментальные исследования
Выводы к главе
Заключение
Список литературы

Список сокращений
АКФ — автокорреляционная функция
ВСР — вариабельность сердечного ритма
ДВС — диффузионно-волновая спектроскопия
ДК — дифракционная картина
ЗФП — задняя фокальная плоскость
ЛДА — Лазерная доплеровская анемометрия
НИЛИ — низкоинтенсивное лазерное излучение
ОВ — оптическое волокно
ПК — прикладной компьютер
ППЛМ — полупроводниковый лазерный модуль
ССС — сердечно-сосудистая система
ФД — фотодиод
ФРВ — функция распределения вероятности
ФЭУ — фотоэлектронный умножитель
НЬ — гемоглобин
НЬО? — оксигемоглобин
Mb — миоглобин
02 — кислород
NH4CI — хлористый аммоний
Sa02 — сатурация кислорода
Я — длина волны излучения
Р — мощность излучения
П — плотность мощности

ткани, которое приводит к существенному уширению спектра доплеровского сигнала, что ухудшает точность измерений. Кроме того, и в ряде случаев это имеет существенное значение, датчики этих приборов контактные, т.е. при проведении измерений их необходимо крепить (или прижимать) к поверхности исследуемого биообъекта. Избежать этих проблем можно, используя методы оптики спеклов. Такие методы, применяются для измерения линейных перемещений и деформаций в технике и медицине [38-40], однако возможность их использования для контроля динамики микропотоков биологических объектов находится на этапе исследований.
Для контроля динамики кровотока в однородной биоткани применимы методы, основанные на измерении временных флуктуаций интенсивности или динамики спеклов. Динамика спеклов зависит от различных факторов, таких как пространственная структура ткани, поглощающие и рассеивающие характеристики среды и ряда других. Кроме того, что существенно, оптические спекл-поля неизбежно возникают при облучении биоткани когерентным излучением, в т.ч. при лечебном воздействии. Таким образом, открывается практическая возможность объединения процесса терапевтического лазерного облучения с регистрацией и контролем отклика организма на него.
Преимуществом методов спекл-оптики по сравнению с методами ультразвуковой диагностики и ЛДА состоит в большей простоте практической реализации аппаратуры, при этом в определенной мере решается проблема выделения слабых сигналов на фоне шумов, свойственные в частности, методам ЛДА. Кроме того, существенным преимуществом является возможность регистрации информационных сигналов, в том числе скоростей биологических жидкостей и микровибраций биотканей разной природы неконтактно, т.е. на некотором расстоянии от объекта.
В связи с этим одна из задач данной работы состояла в развитии, разработке и экспериментальном обосновании методики исследования спекл-полей, формирующихся объектами с фазовыми неоднородностями,