CC BY
6УДК 535.36
Диффузионная модель переноса излучения в слаборассеивающих средах
С.А. Терещенко, С.А. Титенок Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Одним из активно развивающихся направлений биомедицинской оптики является разработка методов определения оптических характеристик рассеивающих биологических образцов на основе измерения временных распределений (ВР) лазерного импульса, прошедшего через однородный слой. Сложность этого направления обусловлена отсутствием простого описания взаимодействия оптического излучения с биологической средой. Основой физико-математического описания этого взаимодействия является нестационарное уравнение переноса излучения (УПИ). Однако УПИ не имеет аналитического решения в общем случае, поэтому используются приближенные модели. Наиболее часто используется диффузионная модель (ДМ) [1], имеющая как достоинства, так и недостатки. Один из недостатков - неправильное описание ВР лазерного импульса, прошедшего через однородный слой слаборассеивающей среды [2]. При этом слаборассеивающая среда может реализовываться в случае малого коэффициента рассеяния ц^ и в случае малой толщины рассеивающего слоя I.
Неправильность описания ВР с помощью ДМ сводится к тому, что часть ВР находится в физически запрещенной зоне времени t с t < , где - время прихода баллистических фотонов, т.е. фотонов, не испытавших поглощения и рассеяния (рис.1,а, кривая 1). Можно предложить для диффузионной модели метод коррекции, заключающийся в том, что вклад во временное распределение всех фотонов из области t < t0 принимается равным нулю (рис.1,а, кривая 2).
Рис.1. Теоретические временные распределения лазерного импульса, прошедшего через слой слаборассеивающей среды толщиной I = 12 мм: без коррекции (1) и с коррекцией (2) при ца = 0,0195 1/мм, ц^ = 0,554 1/мм (а); временные распределения, обеспечивающие наилучшее согласие теоретического ВР с экспериментальным без коррекции (1) и с коррекцией (2), (о) - экспериментальные данные (б)
Для проверки предложенного метода измерено экспериментальное ВР прошедшего через модельную слаборассеивающую среду импульса лазерного излучения. Отметим, что в идеальном ВР нужно учитывать форму исходного импульса и временное разрешение регистрирующей
© С.А. Терещенко, С.А. Титенок, 2012
Краткие сообщения
системы с помощью свертки с аппаратной функцией экспериментальной системы. Далее итерационным методом были найдены значения оптических характеристик исследуемого образца, обеспечивающие наилучшее согласие теоретического ВР с экспериментальным (рис. 1,6).
Таким образом, предложен метод коррекции диффузионной модели описания временного распределения лазерного импульса, прошедшего через однородный слой рассеивающей среды, который обеспечивает работоспособность диффузионной модели в случае слабого рассеяния.
Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (проект РНП.2.1.1/493).
1. Patterson M.S., Chance B., Wilson B.C. Time resolved reflectance and transmittance for the noninvasive measurement of tissue optical properties // Applied Optics. - 1989. - Vol. 28, N 12. - P. 2331-2336.
2. Терещенко С.А., Данилов А.А., Долгушин С.А., Титенок С.А. Определение оптических характеристик биотканей по временному распределению ультракороткого лазерного импульса, прошедшего через однородный рассеивающий слой // Оптика и спектроскопия. - 2011. - Т. 110, № 4. - С. 678-684.
Терещенко Сергей Андреевич - доктор физико-математических наук, профессор кафедры биомедицинских систем (БМС) МИЭТ. Область научных интересов: вычислительная томография, математические модели биологических и социальных систем, теория надежности высоконадежных систем, криптографические методы защиты информации. E-mail: tsa@miee.ru
Титенок Сергей Александрович - аспирант кафедры БМС МИЭТ. Область научных интересов: биологические ткани, распространение излучения, томография, фотометрия.
Вниманию читателей журнала «Известия высших учебных заведений. Электроника»
Литература
Поступило 15 июля 2011 г.
Оформить годовую подписку на электронную версию журнала можно на сайте Научной Электронной Библиотеки:
www.elibrary.ru
J
