Определение оптических параметров сильнорассеивающих сред по характеристикам рассеянного лазерного излучения
Диссертация
В работе предложен метод, который позволяет неинвазивным способом по рассеянному назад излучению одновременно определять коэффициент поглощения, коэффициент рассеяния и параметр анизотропии сильно-рассеивающих сред. Этот метод может быть использован для определения оптических параметров биотканей in vivo, что важно в медицине для задач дозиметрии и диагностики, а также для бесконтактного контроля… Читать ещё >
Список литературы
- Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднордных средах, М., «Мир», 1981, в 2-х томах.
- Шифрин К.С. Рассеяние света в мутной среде, М. Л., 1951.
- Иванов А.П. Оптика рассеивающих сред, Минск, 1969.
- Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. С.: изд. Сарат. ун-та, 1998.
- Tuchin V. Tissue optics. W.: SPIE PRESS, 2000.
- Приезжев A.B., Тучин B.B., Шубочкин Л. П. «Лазерная диагностика в биологии и медицине». М.: Наука, 1989.
- Тучин В.В. «Основы взаимодействия низкоинтенсивного лазерного излучения с биотканями: дозиметрический и диагностический аспекты"// Известия Академии наук, серия физическая, том 59, № 6, 1995, с.120−144.
- Cheong W., Prahl S., Welch A. «A review of the optical properties of biological tissue» // IEEE J. QE., Vol.26, No.12, 1990, pp.2166−2185.
- Приезжев A.B. «Лазеры и биомедицинская диагностика» // Квантовая электроника, 2002, 32, № 10, с.847−848.
- Ю.Зимняков Д. А., Тучин В. В. «Оптическая томография тканей» // Квантовая электроника, 2002, 32, № 10, с.849−867.
- И.Иванова A.M., Котова С. П., Куприянов Н. Л., Петров А. Л., Тарасова Е. Ю., Шишковский И. В. «Физические особенности селективного лазерного спекания порошковых металл-полимерных композиций» // Квантовая электроника, 1998, 25, № 5, с. 433−438.
- Игошин В.И., Казакевич B.C., Котова С. П., Майорова A.M. и др. // Отчет «Развитие Самарского научно-образовательного центра подготовки специалистов по оптике и лазерной физике», Номер регистрации в ВНТИЦ-02.200 101 053, 1998, с.49−62.
- Ivanova A.M., Kotova S.P., Kupriyanov N.L., Rakhmatulin M.A. «Estimation of possibility of multiple scattering medium optical parameters determination by backscattered light» // Proc. of SPIE, 1999, v.3726, p.334−341.
- Жуков Б.Н., Лысов H.A, Котова С. П., Бунькова Е. Б., Иванова A.M., Кириченко Н. Д. «Экспериментальное обоснование применения инфракрасного лазерного излучения в гепатологии» // Лазерная медицина, т. З, вып.1, 1999, с. 29−32.
- Игошин В.И., Казакевич B.C., Котова С. П., Майорова A.M. и др. // Отчет «Развитие учебно-научного центра «Исследовательский университет высоких технологий», Номер регистрации в ВНТИЦ-02.200 101 051, 1999, с.60−64.
- Майорова A.M., Котова С. П., Якуткин В. В. «Методика определения оптических параметров сред по профилю рассеянного назад излучения» // Препринт ФИАН № 35, 2002.
- Mayorova A.M., Kotova S.P., Rakhmatulin M.A., Jakutkin V.V. «Fiberoptic backscattering profile measurements for determination of turbid media optical coefficients» // Journal of Russian Laser Research, 2003,
- Городничев E.E., Рогозкин Д. Б. «Малоугловое многократное рассеяние света в случайно-неоднородных средах» // ЖЭТФ, 1995, Т. 107, с.209−235.
- Скипетров С., Чесноков С. «Анализ методом Монте-Карло применимости диффузионного приближения для анализа динамического многократного рассеяния света в случайно-неоднородных средах»// Квантовая электроника, т.25, № 8, 1998, с.753−757.
- Рогаткин Д.А. «Разработка спектрофотометрических методов и приборов для решения задач многофункциональной неинвазивной диагностики в медицине» // Диссертация на соискание ученой степени доктора физ.-мат. Наук, Москва, 2002.
- Ishimaru A. Diffusion light in turbid material // Appl. Opt., v.28, No. 12, 1989.-pp. 2210−2215.
- Profio A. «Light transport in tissue» // Appl. Opt., v.28, No. 12, 1989. pp. 2216−2220.
- Yoo K., Tang G., Alfano R. «Coherent backscattering of light from biological tissue» // Appl. Opt., v.29, 1990, p.3237−3239.
- Yoon G., Ghosh R., Richarol S. «Coherent backscattering in biological media» // Appl. Opt., v.32, 1993, p.580−585.
- Кузьмин В.Л., Романов В. П. «Когерентные эффекты при рассеянии света в неупорядоченных системах» // УФН, 1996, т. 166, № 3, с.247−278.
- Farrell Т., Patterson M., et al. «A diffusion theory model of spatially resolved steady state diffuse reflectance for the noninvasive determination of tissue optical properties in-vivo"// Med Phys., Vol.19, 1992, pp.879−888.
- Haskel R., Svaasand L., et al. «Boundary condition for the diffusion equations for reflectance from a semi-infinite turbid medium» // J. Opt. Soc. Am., A, Vol.11, 1994, pp.2727−2741.
- Kienle A., Patterson M. «Improved solutions of the steady-state and the time-resolved diffusion equations for reflectance from a semi-infinite turbid medium» // J. Opt. Soc. Am. A, Vol.14, No. l, 1997, pp.246−253.
- Flock S., Patterson M., et al. «Monte Carlo Modeling of light propagation in highly scattering tissues I: Model predictions and comparison with diffusion theory» // IEEE Trans. Biomed. Eng., vol.36, No 12 1989, pp.1162−1168.
- Flock S.T. et. al. Monte Carlo modeling of light propagation in highly Scattering tissues II: Comparison with measurements in phantoms // IEEE Trans. Biomed. Eng., vol. 36, No 12, 1989. — pp. 1169−1173.
- Prahl S., van Gemert M., Welch A. «Determining the optical properties of turbid media by using the adding-doubling method «// Appl. Opt., v.32, 1993. -pp.559−568.
- Welch A. «The thermal response of laser irradiated tissue» // IEEE J. QE., Vol.26, No.12, 1984, pp. 1471−1476.
- Рогаткин Д.А. «Развитие двухпотоковой модели Кубелки-Мунка для решения одномерных задач распространения света в рассеивающих биологических тканях и средах» // Оптика и спектроскопия, 1999, т.87, № 1, с.109−113.
- Vargas W.E., Niklasson G.A. «Applicability conditions of the Kubelka-Munk theory» // Appl. Opt., v.36, No.22, 1997. pp.5580−5585.
- С ловецкий С. Д. «Моделирование распространения оптического излучения в слоистой случайно-неоднородной среде методом Монте-Карло"// Радиотехника, № 7, 1994.
- Меглинский И. «Моделирование спектров отражения оптического излучения от случайно-неоднородных многослойных сильно рассеивающих и поглощающих свет сред методом Монте-Карло» // Квантовая электроника, т.31, № 12, с.1101−1107.
- Меглинский И., Матчер С. «Анализ пространственного распределения чувствительности детектора в многослойной случайно-неоднородной сильно рассеивающей и поглощающей среде методом Монте-Карло» // Оптика и спектроскопия, 2001, том 91, № 4, с.692−697.
- Березин Ю., Еременко С. «Использование метода Монте-Карло для расчета трехмерного распределения лазерного излучения с длинами волн 1.06 и 2.09 мкм в биотканях» // Оптический журнал, т.67, № 2, 2000, с.60−67.
- Wilson В., Adam G. «A Monte Carlo model for the absorption and flux distributions of light tissue» // Med. Phys. 10 (6), 1983, pp.824−830.
- Ярославский И.В., Тучин B.B. Распространение света в многослойных рассеивающих средах. Моделирование методом Монте-Карло // Оптика и спектроскопия, т.72, 1992., с.934−939.
- Mourant J., Fuselier Т., Boyer J., Jonson Т., Bigio I. «Prediction and measurements of scattering and absorption over broad wavelength ranges in tissue phantoms» // Appl. Optics 1997 Vol. 36 № 4 pp. 949−956.
- Marquet F., Bevilacqua F., Depeursinge С. «Light scattering in biological tissues: comparison between experiments of spatial and temporal intensity profiles» // Proc. of SPIE Vol.2626, 1995, pp.9−16.
- Bevilacqua F., Marquet F., et al. «Role of tissue structure in photon migration through breast tissues» // Appl. Optics, Vol.36, No. l, 1997, pp.44−51.
- Бойтан Ю., Нец Ю., Минет О. и др. «Исследование ревматоидного артрита методами светорассеяния» // Квантовая электроника, 2002, 32, № 11,945−952.
- Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. М.: Наука, 1973.
- Ермаков С.М., Михайлов Г. А. Статистическое моделирование. М., Наука, 1982.53."Метод Монте Карло в атмосферной оптике» под ред. Марчука Г. И. Новосибирск, 1976.
- Wang L., Nordquist R., et. al. «Optimal beam size for light delivery to absorption-enhanced tumors buried in biological tissues and effect of multiple-beam delivery: a Monte Carlo study» // Appl. Opt., Vol.36, No.31, 1997, pp.8286−8291.
- Kienle A., Ligle L., et al. «Spatially resolved absolute diffuse reflectance measurements for noninvasive determination of optical scattering and absorption properties if biological tissue» // Appl. Opt., Vol.35, No. 13, 1996, pp. 2304−2314.
- Marquet F., Bevilacqua F., Depeursinge C. «Computing of light distribution in turbid media for different scattering and absorption coefficients from a single Monte Carlo simulation» // Proc. of SPIE Vol.2626, 1995, pp. 17−24.
- Graaf R., Koelink M., et al. «Condensed Monte Carlo simulations for the descriptions of light transport» // Appl. Optics, Vol. 32, No.4, pp.426−434.
- Flock S., Patterson M., et al. «Hybrid Monte Carlo diffusion theory modeling of light distribution in tissues» // Proc. of SPIE, vol.908, 1998, pp.20−28.
- Иванов А.П., Лойко В. А., Дик В.П. Распространение света в плотно-упакованных дисперсных средах. Минск: Наука и техника, 1988.
- Максимова Д., Романов С., Изотова В. «Влияние многократного рассеяния в дисперсных системах на поляризационные характеристики рассеянного света» // Оптика и спектроскопия, т.92, № 6, 2002, с.990−998.
- Малов А.Н., Малов С. Н., Черный В. В. «Физические основы лазерной терапии»// Препринт № 2, Иркутск, ИФ ИЛФ СО РАН, 1997.
- Захаров В.П., Яковлева С. В. Механизмы лазеротерапии. Полевая модель. в кн.: Новые технологии в медицинской практике., Самара, 2002, с.125−141.
- Рогаткин Д.А., Черный В. В. Низкоинтенсивная лазерная терапия. Взгляд физика на механизмы действия и опыт применения / В сб. Взаимодействие излучений и полей с веществом // Мат. 2-й Байкальской школы по фунд. физике. Иркутск, ИГУ, 1999. — с.366−377.
- Marchesini R., Bertoni A., et al. «Extinction and absorption coefficients and scattering phase functions of human tissues in vitro» //Appl. Optics, Vol.28, No. 12, 1989, pp.2318−2324.
- Ebert D., Roberts C., et al., «Articular cartilage optical properties in the spectral range 300−850 nm» // Journal of Biomedical Optics, Vol.3, No.3, 1998, pp.326−333.
- Wilson B., Jacques S. «Optical reflectance and transmittance of tissues: principles and applications"// IEEE J. QE., Vol.26, No. 12, 1990, pp.2186−2197.
- Blanc D., Colles M. Transmission Measurements on Various Tissue Between 1064 and 2000 nm// Lasers Med. Sci. 1990. Vol.5, N1. P.71−75.
- Jacques S. «Optical properties of rat liver between 350 and 2200 nm.» //Appl. Optics, Vol.28, No. 12, 1989, pp.2325−2330.
- Torres J., Welch A. «Tissue optical properties measurements: overestimation of absorption coefficient with spectrophotometric techniques"// Laser in surgery and medicine, vol.14, No.3, 1994, pp.7397−7405.
- Qu J., MacAulay C., et al. «Optical properties of normal and carcinomatous bronchial tissue"//Appl. Optics 1994 Vol. 33 № 31 pp.7397−7405.
- Yaroslavsky A., Yaroslavsky I., et al. «Influence of the scattering phase function Approximation on the optical properties of blood determined from the integrating sphere measurements» // Journal of Biomedical Optics, 1999, Vol.4, No. l, pp.47−53.
- Pickering J., Prahl S., et al. «Double-integrating-sphere system for measuring the optical properties of tissue"// Appl. Opt., Vol.32, No.4, 1993, pp.399−409.
- Groenhuis R., Ferwerda H., et al. «Scattering and absorption of turbid materials determined from reflection measurement. 1: Theory» // Appl. Opt., Vol.22, N16, p.2456−2462, 1983.
- Groenhuis R. Ferwerda H., et al. «Scattering and absorption of turbid materials determined from reflection measurement. 2: Measuring method and calibration» // Appl. Opt., Vol.22, N16, p.2463−2467, 1983.
- Gosh N., Mohanty S. K, Majumder S. K, Gupta P. K «Measurement of optical transport properties of normal and malignant human breast tissue» // Appl. Optics 2001 Vol. 40 № 1 pp. 176−184.
- Dam J., Andersen P., Dalgaard T., Fabricus P. «Determination of tissue optical properties from diffuse reflectance profiles by multivariate calibration» // Appl. Optics 1998 Vol. 37 № 4 pp. 772−778.
- Bevilacqua F., Piguet D., Marquet P., Gross J., Tromberg B., Depeursinge C. «In vivo local determination of tissue optical properties: application to human brain"// Appl. Optics 1999 Vol. 38 № 22 pp. 4939−4950.
- Qu J., MacAulay C., et al. «Laser-induced fluorescence at endoscopy: tissue optics, Monte Carlo modeling, and in vivo measurements"// Optical Eng., Vol.34, No. ll, 1995, pp.3334−3343.
- Farrell T., Wilson B., Patterson M. «The use of a neural network to determine tissue optical properties from spatially resolved diffuse reflectance measurements» // Phys. Med. Biol., 1992, Vol.37, No. 12, pp.2281−2286.
- Bruce N. «Experimental study of the effect of absorbing and transmitting inclusions in highly scattering media» // Appl. Optics, Vol.33, No.28 1994, pp.6692−2298.
- Nichols M., Hull E., Foster T. «Design and testing of a white-light, steady-state diffuse reflectance spectrometer for determination of optical properties of highly scattering systems» // Appl. Optics, Vol., 36, No. l, 1997, pp.93−104.
- Bruce N., Barabanenkov Yu. et al. «Diffuse reflected of light from a dense random medium» // Waves in random media, 1996, No.6, pp. 197−211.
- Meeten G., Wood P. «Optical fiber methods for measuring the diffuse reflectance of fluids» // Meas.Sci.Technol., No.4, pp.643−648, 1993.
- Lin S-P., Wang L. «Measurements of tissue optical properties by the use of oblique-incidence optical fiber reflectometry» // Appl. Optics, Vol.36, No. l, 1997, pp.136−143.
- Wilson В., Patterson M. «Time resolved reflectance and transmittance for the noninvasive measurement of tissue optical properties» // Appl. Optis, Vol.28, No.12, 1989, pp.2331−2336.
- Sassaroli A., Martelli F. «Performance of fitting procedures in curved geometry for retrieval of the optical properties of tissue from time-resolved measurements» //Appl. Optics, Vol.40, No. l, 2001, pp. 185−197.
- Воробьев H., Подгаевский В., и др. «Ослабление и рассеяние вперед лазерного излучения малой длительности в сильнорассеивающей среде» // Квантовая электроника, т.24, № 7, 1997, с.667−670.
- Карабутов А., Пеливанов И. И др., «Измерение оптических характеристик рассеивающих сред лазерным оптико-акустическим методом» // Квантовая электроника, т.29, № 3, 1999, с.215−220.
- Fishkin J., Coquoz O. «Frequency-domain photon migration measurements of normal and malignant tissue optical properties in a human subject» // Appl. Optics, Vol.36, No. l, 1997, pp. 10−20.
- Boas D., O’Leary M., et al. «Detection and characterization of optical inhomogeneities with diffuse photon density waves: a signal-to-noise analysis» // Appl. Optics, Vol.36, No. l, 1997, pp.75−92.
- Kohl M., Watson R., Cope M. «Determination of absorption coefficients in highly scattering media from changes in attenuation and phase» // Optics Letters, 1996, Vol. 21, No. 18, pp. 1519−1521.
- Kohl M., Watson R., Cope M. «Optical properties of highly scattering media determined from changes in attenuation, phase, and modulation depth» // Appl. Optics, Vol.36, No. l, 1997, pp.105−115.
- Nilsson A., Berg R., Andersson-Engles S. «Measurements of the optical properties of tissue in conjunction with photodynamic therapy"// Appl. Optics, Vol.34, No.21, 1995, pp.2325−2330.
- Hulst H., Graaf R. «Aspects of similarity in tissue optics with strong forward scattering» //Phys. Med. Biol., Vol.41,1996, pp.2519−2531.
- Малов A.H., Молоцило В. Ю., Кручинин JI.E. «Фотомодификация крови при внутривенном лазерном облучении» // В сб. Применение лазеров в науке и технике, Вып.9, Иркутск, ИФ ИЛФ СО РАН, 1997, с.174−187.
- Кручинин Л. Е. Малов А.Н., Молоцило В. Ю., «Сенситометрические критерии степени фотомодификация крови при внутривенном лазерном облучении» // Материалы Второй Байкальской школы по фундаментальной физике, Иркутск, 1999, т.2, с. 411−416.
- Шишковский И.В., Куприянов Н. Л., Петров А. Л. «Условия селективного спекания металло-полимерных композиций при лазерном воздействии» // Физика и химия обработки материалов, 1995, № 3, с.88−93.
- Petrov A.L., Levin A.V., Kuprianov N.L., Shishkovsky I.V. «The condition of selective laser sintering ofpolymer-metal powder compositions» // Proc. of the 12th Inter. Congress «Laser 95», Munchen, 1995, pp.398−399.
- Багров B.B., Голованов И. В., Куприянов H.JI. и др. «Разработка основ метода селективного спекания металл-полимерных порошковых композиций» // Препринт ФИАН № 14, Москва, 1996.
- Зимняков Д.А., Синичкин Ю. П., Киселева И. В., Агафонов Д. Н. «О влиянии поглощения многократно рассеивающих сред на степень остаточной поляризации обратно рассеянного излучения» // Оптика и Спектроскопия, 2002, т.92, № 5, с.831−838.
- Зимняков Д., Тучин В. «О взаимодействии характерных масштабов деполяризации и декорреляции оптических полей при многократном рассеянии» // Письма в ЖЭТФ, т.67, вып.7, 1998, с.455−460.
- Соринсон С. Н. Вирусные гепатиты в клинической практике. С. Петербург: Теза, 1996. 306 с.
- B.N.Zhukov, A.A.Suzdalsev, N.A.Lysov, E.B.Bounkova «The possibilities of the applications of laser in the treatment of chronic liver deseases» -Abstracts of 13 Annual Meeting Scandinavian Society For Antimicrobial Hemotherapy, November 1996.
- Moes C., van Gemert M., et al. «Measurements and calculations of the energy fluence rate in a scattering and absorbing phantoms at 633 nm» // Appl. Opt., Vol.28, No. 12, 1989, pp.2292−2296.
- Тихонов А.И., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач, М., 1979,2-е изд.114. http://mathworld.wolfram.com/Moore-PenroseMatrixInverseMoore-PenroseMatrixInverse.html
- Гнеденко Б.В. Курс теории вероятностей, М., 1988.
- Синичкин Ю.П., Утц С.П., Пилипенко Е. А. «Спектроскопия кожи человека in vivo 1. Спектры отражения» // Оптика и спектроскопия, 1996, т.80, № 2 с.260−267.
- Синичкин Ю.П., Утц С.П., Меглинский И. В., Пилипенко Е. А. «Спектроскопия кожи человека in vivo 2. Спектры флуоресценции» // Оптика и спектроскопия, 1996, т.80, № 3 с.431−438.