Распространение света в сильнорассеивающих средах и формирование сигналов в системах лазерной диагностики

• Автор: Кириллин, Михаил Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 158 с. : ил.

Глава 1. Современные методы экспериментального, теоретического и численного исследования распространении света в рассеивающих средах

§1.1. Характеристики распространения света в рассеивающих средах

§1.2. Теория переноса излучения. Проблема приближений

1.2.1. Основное уравнение ТПИ

1.2.2. Диффузионное приближение

1.2.3. Малоугловое приближение

1.2.4. Другие приближения

1.2.5. Теоретический расчет отдельных кратностей рассеяния

§1.3. Метод Монте-Карло

1.3.1. Сущность метода

1.3.2. Инверсный Метод Монте-Карло

§ 1.4. Некогеренптые экспериментальные методы исследования оптических свойств среды
1.4.1 Лазерная гониофотометрия
1.4.2. Спектрофотометрия
1.4.3. Времяиролетная фотометрия
1.4.4. Пространственно разрешенная рефлектометрия
§1.5. Оптическая когерентная томография
1.5.1 Основные принципы
1.5.2.Источники излучения
1.5.3. Недостатки метода
1.5.4. Модификации оптической когерентной томографии
1.5.5.Применени я
§1.6. Оптические свойства сильпорассеивающих сред
1.6.1. Неоднозначность определения оптических свойств
1.6.2. Оптические свойства цельной крови и суспензии эритроцитов
1.6.3. Оптические свойства кожи и ее оптических фантомов
1.6.4. Оптические свойства бумаги как сильнорассеивающей среды
§1.7 Оптическое просветление
Выводы по главе

Глава 2. Моделирование распространения лазерного излучения в
сильнорассеивающсй и поглощающей среде методом Монте-Карло
§2.1. Алгоритм моделирования распространения фотонов в силънорассеивающих
средах
§2.2. Генерация случайного числа с заданной функцией распределения
§2.3. Проблема выбора фазовой функции на примере рассеивающей частицы,
моделирующей эритроцит
§2.4. Моделирование сигналов иекогерептых методов оптической диагностики ...55 §2.5. Монте-Карло моделирование распространения и детектирования
низкокогерентного излучения
§2.6. Проблема точности расчетов
Выводы по главе
Глава 3. Формирование сигналов при реализации некогерентных оптических методов диагностики сильнорассеивающих сред
§3.1. Гониофотометрия плоского слоя среды, моделирующей суспензию
эритроцитов
§3.2. Анализ кратности рассеяния при транспорте фотонов в слое. Парциальные
индикатрисы
§3.3. Карты рассеяния и поглощения
§3.4. Влияние модельных оптических параметров среды, моделирующей суспензию
эритроцитов, на сигналы различных методов диагностики
3.4.1 Постановка задачи и выбор модельных параметров
3.4.2. Результаты и обсуждение
§3.5. Сравнение применимости различных методов светорассеяния для оценки уровня оксигенации крови в многослойной модели кожи
3.5.1. Актуальность задачи
3.5.2. Сравнение модельных сигналов от образцов кожи с различной оксигенацией
крови
Выводы по главе
Глава 4. Формирование сигналов оптической когерентной томографии от многослойных рассеивающих сред
§4.1. Формирование сигнала ОКТ от однородного слоя вещества
4.1.1. Исследование слоя рассеивающей среды, моделирущей суспензию эритроцитов
4.1.2. Исследование слоя рассеивающей среды, моделирующей
интралипид
§4.2. Исследование процессов агрегации и седиментации частиц в рассеивающей среде с помощью ОКТ па примере суспензии эритроцитов
4.2.1. Природа процессов агрегации и седиментации
4.2.2. Сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными
§4.3. Анализ вкладов различных кратностей в сигнал ОКТ, многократная и диффузная компоненты
4.3.1. Классификация фотонов
4.3.2. Вклад различных фракций фотонов в ОКТ сигнал от однослойной среды
4.3.3. Вклад различных фракций фотонов в ОКТ-сигнал от многослойной среды
4.3.4. Вклад различных фракций фотонов в ОКТ-сигнал от кожного покрова человека:
моделирование и эксперимент
§4.4. Моделирование ОКТ изображений структуры бумаги
4.4.1. Актуальность задачи
4.4.2. Описание модели
4.4.3. Результаты и обсуждение
§4.5. Влияние параметров моделируемой ОКТ системы на получение ОКТ
изображений образцов бумаги при оптическом просветлении
Выводы по главе
Заключение
Список литературы Приложение

Глава 2. Монте-Карло моделирование распространения излучения в рассеивающих средах
§2.2. Генерация случайного числа с заданной функцией распределения
При реализации метода Монте Карло необходимо использование генераторов случайных чисел с заданной функцией распределения вероятности. Стандартные компиляторы предлагают к использованию только генераторы случайных или псевдослучайных чисел, равномерно распределенных на отрезке [0,1]. Таким образом, для реализации генератора случайных чисел с заданным распределением вероятности (например, при расчете угла рассеяния по фазовой функции) необходим эффективный алгоритм преобразования имеющегося в компиляторе стандартного генератора в необходимый. В работе [181] предлагается следующее решение данной проблемы.
Рассмотрим случайную величину х с заданной функцией распределения на интервале (а, Ь). Нормализация функции плотности вероятности осуществляется по закону

р(хУіх = і •

В то же время, генератор случайных чисел компилятора генерирует случайную величину для который функция распределения выглядит следующим образом:
Г 0,ф
^(£>= )
£0<ф<1 1,£>1
Мы предполагаем, что получение случайной величны, неравномерно распределенной по закону р(х), может быть осуществлено с помощью неубывающей функции х ~ АС) отображающей интервал (0,1) на интервал (а, Ь), что ведет к вероятностному соотношению:
Р (Л0) <*< МО) = Р (0 < £< £)

Р ( а <Я <хд = Р (0 < £<£)
что можно записать в виде или