Математическое моделирование оптических свойств многослойных биологических комплексов и структур в их разнородном сопряжении

• Автор: Куликов, Кирилл Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 142 с. : ил.

Введение
1 Современное состояние исследования биологических объектов математическими и оптическими методами.

1.1 Введение.Г.

1.2 Оптические свойства тканей с многократным рассеиванием

1.3 Стационарная теория переноса излучения

1.4 Нестационарная теория переноса излучения .

1.5 Методы измерения оптических параметров биотканей. . . .

1.6 Методы решения обратных задач теории рассеяния

1.7 Экспериментальные работы

1.8 Выводы
2 Математическое моделирование исследования дисперсии и спектра поглощения совокупности сферических частиц в полости оптического резонатора
2.1 Введение7.
2.2 Аналитические выражения для внутреннего, рассеянного
и падающего полей на частице.
2.3 Аналитическое выражение для рассеянного ноля в дальней
2.4 Аналитическое выражение для собственных частот оптического резонатора с кюветой сферических частиц
2.5 Численные расчты для резонатора с модельной средой
с выбранными параметрами при помощи комплекса программ. разработанных в среде МАТЬАВ 6.5 и выводы. . .
3 Математическая модель исследования оптических характеристик крови и скорости кровотока в капиллярном русле
3.1 Введение.
3.2 Математическое моделирование отражения плоской волны
от слоя с медленно меняющейся толщиной .
3.3 Математическое моделирование отражения гауссова пучка
от слоя с медленно меняющейся толщиной .
3.4 Аналитическое выражение для отраженного поля.
3.5 Аналитическое выражение для определения скорости кровотока в капиллярном русле
3.6 Численные расчты с модельной средой с выбранными параметрами при помощи комплекса программ, разработанных в среде МАТЬАВ 6.5 и выводы
4 Математическое моделирование процесса распространения электромагнитных волн, вызванное неоднородностями в основном слое среды и исследование оптических характеристик применительно к медикобиологическим задачам.
4.1 Введение.
4.2 Рассеяние плоской электромагнитной волны на трехслойной сферической частицы
4.3 Отражение плоской волны от слоя с медленно меняющейся толщиной при наличии неоднородных включений
4.4 Аналитическое выражение для определении зависимости интенсивности излучения от коэффициента преломления
для слоя с неоднородными включениями
4.5 Численные расчты с модельной средой с выбранными параметрами при помощи комплекса программ, разработанных в среде МАТЬАВ 6.5 и выводы.
А Математическое моделирование параметрами мод опти
ческих резонаторов при помощи ножевых и щелевых диафрагм
В Выражение для коэффициента отражения Лсд без учета рассеяния в основном слое.
С Выражение для коэффициента отражения ЛЮ с учетом
рассеяния в основном слое, содержащим неоднородные
, включения
Заключение
Введение


Описанные достоинства в сочетании с высокой чувствительностью, точностью и объясняют широкое распространение оптических методов в биологии,медицине, криминалистике и. В связи с этим рассматриваемые в диссертации задачи по моделированию светорассеяния на биологических частицах являются актуальными. Комплексное изучение характеристик светорассеяния и поглощения позволяет быстро, интактно обнаруживать физиологические и морфологические изменения в клетках, обусловленные температурными. Для решения этих задач необходимо в первую очередь, выбрать наиболее информативные показатели, характеризующие жизнедеятельность организма. Такими показателями являются результаты анализа периферической крови 1. Периферическая кровь, омывающая все органы и ткани организма , несет достаточно полную информацию о состоянии организма . Из классической гематологии известно, что ростки кроветворения связаны с общей полипотентной клеткой стволовой клеткой. Э го значит, что вызванные в стволовых клепках нарушения являются свидетелями изменений жизнедеятельности организма. Основная функция крови перенос различных веществ дыхательные газы, кислород, гормоны, витамины, ферменты в пределах организма. Кровь состоит из плазмы и из следующих основных клеточных элементов эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов 4. И.Т. В работе для получения информации о состоянии гематологической системы были применены методы математического моделирования взаимодействия света лазера с биологическими частицами различной степени сложности. Выбор лазерного луча для исследования структуры биологических частиц обусловлен тем, что он не вызывает грубых патоморфологических изменений и при этом диагностика обеспечивает эффективное использование всех свойств лазерного излучения когерентности, монохроматичности, направленности и др 7. Приведенные модели реализованы с соответствующим программным обеспечением и апробированы в численных экспериментах. В качестве программной среды был использован МАТЬАВ 6. Основные результаты диссертации сводятся к следующим. Построена математическая модель, позволяющая получать зависимости частоты линейного резонатора для рабочей моды от размеров эритроцитов при различных коэффициентов преломления. Данная модель самосогласованно учитывает многократное рассеяние в полости оптического резонатора произвольно ориентированных сферических частиц. Анализ результатов работы модели позволяет сформулировать вывод о возможности усиления внутрирезонаторного метода при обработке зависимостей оптических характеристик от длины волны. Проведенный конкретный расчт зависимостей дисперсии и поглощения от длины волны хорошо согласуется с экспериментальными данными, полученными без применения внутрирезонаторного метода, и даст возможность использовать его для исследования электрофизических характеристик биологических сред, состоящих из частиц сферической формы, например. Разработана математическая модель исследования оптических характеристик крови и скорости кровотока в капиллярном русле, позволяющая моделировать прохождение лазерного луча сквозь многослойные биологические структуры для случая i viv. Полученная модель позволяет варьировать электрофизические параметры реальная и мнимая часть показателя преломления крови, эпидермиса, верхнего слоя дермы, нижнего слоя дермы, а также характерные толщины слоев под исследуемую биологическую структуру и устанавливать зависимости между исследуемыми обектами . Полученная математическая модель дает возможность варьирования состава биологических обьектов их электрофизических параметров, характерных толщин слоев, а также характерных размеров исследуемой биологической структуры различного строения и ее клеточных элементов с целью регистрации зависимости между ними . Построены модели, дающие устойчивую вычислительную схему. Модели достаточно чувствительны к изменению коэффициента преломления крови, что дает возможность адекватно отразить и анализировать биофизические процессы, происходящие в моделируемой биоткани коже , связанные с изменением электрофизических свойств крови.