Поляризационная и когерентная рефлектометрия биотканей: физические основы, методы, приложения

• Автор: Кузнецова, Лиана Владимировна
• Шифр специальности: 03.00.02, 01.04.21
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Саратов
• Количество страниц: 155 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение .
Глава 1. Обзор существующих когерентнооптических и поляризационных методов морфофункциональной диагностики биотканей
Глава 2. Статистический анализ оптических путей парциальных составляющих рассеянных оптических полей применительно к спеклкорреляционной и поляризационной диагностике биотканей
2.1. Методы анализа плотности вероятности оптических путей парциальных составляющих рассеянных полей
2.2. Эффект подобия статистических моментов распределений оптических путей парциальных составляющих.
2.3. Влияние структурных и динамических характеристик многократно рассеивающих зондируемых сред на релаксационные параметры статистических моментов многократно рассеянных световых полей.
2.4. Теоретическое описание явления остаточной поляризации при обратном рассеянии поляризованного излучения случайнонеоднородными средами
2.5. Определение оптимальных условий поляризационной визуализации макронеоднородностей в условиях многократного рассеяния .
2.5.1. Оценка влияния оптических свойств рассеивающих сред и геометрии рассеяния на качество изображений макронеоднородности статистическое моделирование

2.5.2. Методика проведения эксперимента и экспериментальные результаты

2.6. Краткие выводы по главе.
Глава 3. Исследования процессов термически индуцированной структурной модификации коллагеновых тканей с использованием спеклкорреляционных методов
3.1. Физические и морфологические характеристики диагностируемой среды
3.2. Физикохимические изменения хрящевой ткани в процессе термической модификации
3.3. Теоретическая модель многократного динамического рассеяния зондирующего когерентного излучения термически модифицируемыми коллагеновыми тканями
3.4. Исследование кинетики термически индуцированной структурной модификации хрящевых тканей с использованием статистического анализа усредняемых по времени спеклмодулированных изображений.
3.4.1. Методики экспериментальных исследований
3.4.2. Обсуждение экспериментальных результатов.
3.5. Метод кумулянтного анализа усредняемых по времени динамических спеклмодулированных изображений
3.5.1. Теоретический анализ преобразований корреляционных характеристик рассеянных световых полей
в многокомпонентных оптических системах
3.5.2. Методика проведения экспериментальных исследований .
3.5.3. Обсуждение экспериментальных результатов
3.6. Краткие выводы по главе .
Глава 4. Анализ угловых корреляций обратно рассеянного излуче
ния пика когерентного обратного рассеяния применительно к исследованиям оптических характеристик случайнонеоднородных
сред и i vi биотканей
4.1. Эффект когерентного обратного рассеяния
4.2. Исследование транспортных характеристик многократно рассеивающих плотноупакованных модельных сред
4.2.1. Методика проведения экспериментальных исследований
4.2.2. Обсуждение экспериментальных результатов
4.2.3. Сопоставление результатов диагностики рассеивающих сред на основе спектроскопии когерентного обратного рассеяния с результатами спектроскопии диффузного пропускания и низкокогерентной интерферометрии .
4.3. Измерения когерентного обратного рассеяния применительно к оценке оптических параметров модельных сред и пНго биотканей
4.3.1. Методика проведения экспериментальных исследований
4.3.2. Обсуждение экспериментальных результатов.
4.4. Краткие выводы по главе .
Заключение
Список использованной литературы


Разработан новый подход к определению оптических характеристик плотноупакованных случайнонеоднородных сред, в том числе и биотканей в частности, транспортного коэффициента рассеяния среды, относительного показателя преломления рассеивающих центров и эффективного показателя преломления среды по экспериментальным данным, полученным с использованием различных оптических диффузионных методов диффузионноволновой спектроскопии, спектроскопии диффузного пропускания и отражения, импульсномодуляционного зондирования, спектроскопии когерентного обратного рассеяния, низкокогерентной интерферометрии. Достоверность полученных результатов обусловлена использованием апробированных методов измерений, обработки и анализа экспериментальных данных. Достоверность подтверждается согласием полученных экспериментальных и теоретических результатов с данными, полученными другими авторами. Все экспериментальные результаты воспроизводятся при повторении экспериментов. Корреляция по программе Университеты России. Фундаментальные исследования в области естественных и гуманитарных наук. РФФИ 4, гг. РФФИ 3, гг. РФФИ МАС 0, г. РФФИ МАС , г. РФФИ 3, гг. Наилучшее качество изображений и максимальная глубина зондирования при поляризационной визуализации поглощающих неоднородностей в рассеивающей среде с использованием селекции линейно поляризованных составляющих обратно рассеянного света достигаются при использовании в качестве параметра визуализации степени линейной поляризации детектируемого излучения при этом максимальный контраст формируемого поляризационного изображения соответствует глубинам залегания неоднородности в рассеивающей среде в зависимости от параметра анизотропии рассеяния в диапазоне от 0. Зависимости контраста усредняемых по времени спеклмодулированных изображений поверхности термически модифицируемой хрящевой ткани от ее температуры демонстрируют существование гистерезиса с шириной петли, определяемой дозой ИК лазерного излучения, используемой для модификации ткани. Энергия активации процесса термической модификации хрящевой ткани, определяемая для начальной стадии лазерного нагрева для значений мощности излучения эрбиевого лазера длина волны 1. Вт с использованием спеклкорреляционного метода полного поля, составляет 4 кДжмоль. Разработан спеклкорреляционный метод полного поля для определения кинетических параметров в частности, энергии активации процессов термической модификации и денатурации биотканей в условиях нестационарного термического воздействия. Личный вклад соискателя состоит в самостоятельном проведении экспериментальных и теоретических исследований, обработке и интерпретации полученных результатов. Постановка задач исследований осуществлялась научным руководителем д. Д.А. Зимняковым. Часть экспериментов по поляризационной визуализации и термической модификации хрящевой ткани выполнена совместно с профессором Д. А. Зимняковым, профессором Ю. А.П. Свиридовым. По теме диссертации опубликовано работ 4 статьи в рецензируемых журналах, 9 статей в международных научных сборниках, 3 статьи в сборниках тезисов докладов конференций. Десятая Всероссийская Научная Конференция СтудентовФизиков и Молодых Учных, Москва, Россия Апрель . Диссертация состоит из Введения, 4 глав, Заключения и списка литературы из 7 наименований. Общий объем работы составляет 5 страниц текста, иллюстрированного рисунками. Во Введении обоснована актуальность выбранной темы, ее новизна и практическая значимость, определена цель работы, представлены основные результаты, полученные в ходе выполнения работы, и основные положения, выносимые на защиту. Указывается также личный вклад автора и рассматривается краткое содержание диссертации. Вторая глава посвящена рассмотрению концепции статистики оптических путей парциальных составляющих многократно рассеянного светового поля в случайнонеоднородной среде как теоретической основе многих спеклкорреляционных и поляризационных методов диагностики и визуализации биотканей. Обсуждается явление подобия статистических моментов распределений оптических путей парциальных составляющих, которое проявляется в существовании взаимосвязи релаксационных масштабов для различных статистических моментов рассеянного светового поля.