Определение оптических параметров сильнорассеивающих сред по характеристикам рассеянного лазерного излучения

• Автор: Майорова, Александра Михайловна
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Самара
• Количество страниц: 135 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
1.1 Методы описания распространения света
в сильнорассеивающих средах
1.2 Распространение лазерного излучения в биологических тканях
1.3 Методы определения оптических параметров
1.4 Выводы к первой главе
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В СИЛЬНОРАССЕИВАЮЩИХ СРЕДАХ
2.1 Разработка алгоритмов
2.2 Анализ применимости транспортного приближения
в методах диагностики по рассеянному назад излучению
2.3 Исследование пространственных характеристик
рассеянного назад излучения
2.4 Распределение поглощенного низкоинтенсивного
лазерного излучения в многослойной среде
2.5 Выводы ко второй главе
ГЛАВА 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПО ИНТЕГРАЛЬНЫМ ХАРАКТЕРИСТИКАМ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ И ПРОПУСКАНИЯ
3.1 Метод и алгоритмы определения параметров
по интегральным характеристикам отражения и пропускания
3.2 Определение оптических параметров порошковых сред
3.3. Определение коэффициентов поглощения и рассеяния и параметра
анизотропии модельных сред

3.4. Определение оптических параметров реальной биоткани и расчет
распределения поглощенного излучения
3.5 Выводы к третьей главе
ГЛАВА 4. МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА
ПОГЛОЩЕНИЯ, КОЭФФИЦИЕНТА РАССЕЯНИЯ И ПАРАМЕТРА АНИЗОТРОПИИ ПО ПРОФИЛЮ РАССЕЯННОГО НАЗАД ИЗЛУЧЕНИЯ
4.1. Выбор способа измерения рассеянного назад излучения для определения оптических параметров
4.2.Создание модельного массива и анализ математических методов определения оптических параметров по известному профилю рассеянного назад излучения
4.2.1. Метод аппроксимации
4.2.2. Метод полного перебора с усреднением
4.2.3. Метод регуляризации
4.3. Экспериментальное исследование метода
4.4 Выводы к четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ И ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы.
Среди огромного количества оптически неоднородных сред можно выделить среды с сильным рассеянием (сильнорассеивающие среды). К таким средам относятся металл-полимерные композиции, применяющиеся при селективном лазерном спекании, эмульсионные и лекарственные растворы, многокомпонентные жидкости, биологические ткани. Значения коэффициентов рассеяния этих сред существенно превышают значения коэффициентов поглощения, что приводит к многократному характеру рассеяния, причем даже при относительно небольших оптических толщинах. Закономерности многократного рассеяния света в случайно-неоднородных средах сложны и широко исследуются в течение нескольких десятилетий [1-3]. В последнее время интерес к этой проблеме в значительной степени связан с развитием оптики биологических сред и тканей [4-10] и широким применением низкоинтенсивного лазерного излучения в медицине, как для диагностики, так и терапии.
Информация о поведении светового поля (распределении поглощенного излучения) в сильнорассеивающих средах, важна для таких задач как дозиметрия лазерного излучения в процедурах лазеротерапии, разработка согласованной модели обработки металл-полимерных композиций лазерным излучением и других. При этом распределение излучения как поглощенного средой, так и рассеянного (вперед либо назад), зависит от оптических параметров этой среды (коэффициента поглощения, коэффициента рассеяния и среднего косинуса угла рассеяния). Отсюда возникает задача их определения. Знать оптические параметры важно и с точки зрения диагностики сред с сильным рассеянием. Например, развитие патологии биологической ткани приводит к ее морфологическим и биохимическим изменениям, и, соответственно, изменению коэффициента рассеяния, параметра анизотропии и коэффициента поглощения. Оптические коэффициенты различных биотканей

(gi>0), а второе слагаемое - вклад рассеяния на малых частицах (g2<0). Параметр анизотропии g равен: g=(l-a)-gi+a-(l- g2). Утверждается, что jua, justr и g, больше у больной ткани по сравнению со здоровой. По мнению авторов одной из причин этого является, увеличение средних размеров рассеивателей у больной ткани.
J. Mourant, I. Bigio [81] экспериментально и на основе численного моделирования методом МК показывают, что существует такое расстояние между приемным и подающим волокнами, при котором средняя длина пути, прошедшего фотонами практически не зависит от рассеивающих свойств среды (транспортного коэффициента рассеяния). Предлагается использовать этот факт для развития быстрого и дешевого способа определения изменения коэффициента поглощения биотканей. Численно исследован диапазон параметров, характерных для биологических тканей: 7.5<(j.str<15 cm'1, 0.8 Авторы [89] предлагают быстрый неинвазивный способ определения коэффициента поглощения и транспортного коэффициента рассеяния на основе использования волоконно-оптического зонда, расположенного наклонно по отношению к исследуемому образцу. Такое наклонное падение излучения на образец приводит к сдвигу центра профиля рассеянного назад излучения относительно точки падения излучения. Измеряя этот сдвиг и форму профиля рассеянного назад излучения, можно определить коэффициент диффузии D и эффективный коэффициент ослабления ткани рен, соответственно, что и позволяет определить коэффициенты поглощения и транспортный коэффициент рассеяния. Отметим, что данный метод не требует измерений