Анализ рассеяния лазерного излучения в структурно и динамически неоднородных сильнорассеивающих средах применительно к некоторым задачам оптической биомедицинской диагностики

• Автор: Быков, Александр Викторович
• Шифр специальности: 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Глава I

Современные методы исследования процесса распространения

лазерного излучения в сильнорассеивающих средах.

Прямая и обратная задача оптики

§ 1.1. Численные и аналитические методы расчета

1.1.1. Характеристики распространения света в биотканях

1.1.2 Уравнение переноса излучения

1.1.3. Приближенные методы решения уравнение переноса излучения

1.1.4. Метод Монте-Карло

§ 1.2. Экспериментальные методы оптической диагностики неоднородных рассеивающих сред
1.2.1. Метод интегрирующих сфер
1.2.2. Пространственно разрешенная рефлектометрия
1.2.3. Рефлектометрия с разрешением во времени
1.2.4. Оптическая Когерентная Доплеровская Томография (ОКДТ)
как метод визуализации динамических неоднородностей
1.2.4.1. Основы ОКТ. Принципы формирования сигнала
1.2.4.2. Принцип ОКДТ. Визуализация потока
1.2.4.3 Теоретические модели и экспериментальные
исследования ОКТ и ОКДТ
§ 1.3. Физические модели биологических сред

Г л а в а II
Моделирование распространения излучения в сильнорассеивающих
средах методом Монте-Карло
§ 2.1. Базовый алгоритм моделирования распространения лазерного излучения в сильнорассеивающих средах. Корпускулярный подход

§ 2.2.Волновой подход. Сравнение корпускулярного
и волнового подходов
§ 2.3. Моделирование сигналов пространственно разрешенной рефлектометрии и рефлектометрии с разрешением во времени
§ 2.4. Моделирование сигналов ОКДТ методом Монте-Карло
2.4.1 Теоретическая модель сигнала ОКДТ
2.4.2. Алгоритм моделирования сигнала ОКДТ методом Монте-Карло 61 § 2.5. Выводы по главе 2
Г л а в а III
Визуализация структурных неоднородностей в сильнорассеивающих средах методом пространственно разрешенной рефлектометрии
§ 3.1. Метод визуализации цилиндрического кровеносного капилляра в силнорассеивающих средах методом пространственно разрешенной рефлектометрии
§ 3.2. Определения радиуса сосуда и глубины его залегания § 3.3. Выводы по главе

Г л а в а IV
Визуализация динамических неоднородностей методом оптической когерентной доплеровской томографии
§ 4.1. Восстановления профиля течения рассеивающей жидкости
из сигнала ОКДТ
4.1.1. Влияние концентрации частиц в потоке на восстановленный
из ОКДТ-сигнала профиль скоростей течения рассеивающей жидкости
4.1.2. Моделирование сигнала ОКДТ от слоя цельной крови
§ 4.2. Визуализация и определение скорости потока, заглубленного в рассеивающую среду
4.2.1. Профиль потока при различной глубине его залегания
4.2.2 Зависимость стохастических отклонения доплеровской
частоты от угла зондирования
§ 4.3. Влияние приповерхностного потока на восстановления профиля скорости более заглубленного потока
§ 4.4. Выводы по главе 4
Г л а в а V Оптическое определение содержания глюкозы в моделях биологических тканей
§ 5.1. Моделирование сигнала пространственно-разрешенной рефлектометрии применительно к проблеме определения содержания глюкозы в биотканях
5.1.1. Многослойная модель биоткани
5.1.2. Сигналы ПРР

Если£ <]{(а:), то фотон отражен.
Если д > /?(«,), то фотон прошел через границу.
При учете поглощения вес фотона уменьшается на величину:
ДЖ = Ж^, (2.14)
то єсть
Ж'=1Е-Л1Е, (2.15)
где IV’ — новое значение веса фотона после взаимодействия с частицей среды. Фотон считается полностью поглощенным, если его вес в результате многократных взаимодействий становится меньше определенной величины, принимаемой в данном случае равной 0.0001.
Оперируя с количеством фотонов N{7, г) (см. рис. 2.2(а)), определяющих интенсивность излучения, корпускулярная модель не учитывает фазовых соотношений для распространяющейся волны. Вследствие этого, модель не описывает дифракционную расходимость пучка в целом, но воспроизводит дифракцию излучения на отдельной частице. Вместе с тем, в ряде работ (см., например, [100]), связывая каждый фотон с гипотетической плоской волной, распространяющейся между частицами, определяют набег фазы для рассеянной компоненты. Такой подход позволяет моделировать с помощью корпускулярного ММК формирование гетеродинного и доплеровского сигналов в когерентных измерительных системах, например, в системах оптической когерентной томографии дисперсных сред и ее доплеровского варианта [101, 102].
Достоинством ММК является возможность его использования для сред достаточно сложной конфигурации (в том числе многослойных) с различными граничными условиями. Кроме того, метод позволяет учесть как геометрию падающего излучения, так и геометрию приемника излучения (диаметр детектора, его угловую апертуру и т.д.). Основным недостатком метода Монте-Карло являются большие затраты машинного времени для достижения приемлемой точности расчета. Время расчета существенно зависит от размеров среды и коэффициента рассеяния. Так, например, для расчета 100 млн. траекторий фотонов,