Search

Дисертаційна робота присвячена розробці методу фотометричного аналізу біологічних середовищ шляхом розширення простору визначення їх оптичних властивостей, що дозволило одночасно врахувати характеристики відбитого та пропущеного середовищем оптичного випромінювання в межах повного тілесного кута. У роботі розроблено методики реалізації математичного базису просторової фотометрії біологічних середовищ за принципами визначення інтенсивності розсіяння по паралелях (кільцевих смугах) та меридіанах (перетинах). Запропоновані схемо-технічні рішення двох- та восьми-канальної інформаційно-вимірювальних систем для просторової фотометрії за перетинами, реалізовані на рівні експериментальних установок. Розроблено програмне забезпечення фотометричного паралельного аналізу, що дозволяє досліджувати індикатриси розсіяння за перетинами. Проведено аналіз індикатрис розсіяння лазерного випромінювання товщинними зразками м’язових тканини на різних довжинах хвиль та з різним розміщенням волокон. Здійснено перехід від індикатриси розсіяння товщинними зразками до фактору анізотропії однократного розсіяння. Доведено ідентичність експериментально-визначених величин оптичних коефіцієнтів дифузного відбиття та повного пропускання та визначених за результатами Монте-Карло моделювання з використанням усередненої за перетинами величини фактору анізотропії однократного розсіяння. The thesis is devoted to developing the method of photometric analysis of biological media by expansion the space of definition their optical properties. That made possible the simultaneously consider the characteristics of the optical radiation, reflected and transmitted by biological media, within the full solid angle. In the work the main methods of solution the basic equation of radiative transfer theory in problems of optical biomedical diagnostics, were analyzed. Thus, the main attention focused on optical parameters of biological media: scattering (μs), absorption (μa) coefficients, and the anisotropy factor of single scattering (g), which are responsible for spatial distribution of scattered radiation by normal and pathology tissues or media (first order approximation, diffuse approximation, small angle approximation, flux models, Monte Carlo method). Conditions of use depending the type of biological media are described. The phase functions of single scattering (Mie, Henyey-Greenstein, Gegenbauer kernel, Delta-Eddington, Eddington), which used to describe the propagation the optical radiation in different types of biological media, were considered. Systematized the methods and tools of biophotonics with the possibilities of spatial-oriented analysis of radiation, scattered by sample of biological media, organs and body parts. Goniometric and spherical types of experimental setup are the most appropriated types that can used for spatial photometry. Photometric image of varying thickness samples of biological media by ellipsoidal reflectometry were received. Based on experimental research, the axial asymmetry of anisotropy of scattering by porcine and chicken muscle tissues of varying thickness in vitro at a wavelength of 632.8 nm was found. The influence of anisotropy of scattering on accuracy of determination the optical coefficients of diffuse reflection and total transmission by method Monte Carlo was demonstrated. Study of spatial anisotropy scattering by method of photometry was suggested. On this basis, has developed methods of implementing of the mathematical basis of spatial photometry of biological media by determining the scattering intensity along parallels (circular bands) and meridians (sections). The mechanism of the transition from experimentally determined indicatrix of scattering of thick sample to the anisotropy factor of single scattering by designed methods is proposed. The proposed scheme-technical versions of information-measurement system for spatial photometry along sections with two and eight channel, which were realized in experimental setups of goniometric and spherical type. The features of element synthesis, exploitation and calibration of setups are described. The interfaces and methods of application of developed software for parallel photometric analysis "IMSOB" and "IMSOB-2", to support research the scattering indicatrix along sections in reflected or transmitted light for two- and eight-channel systems respectively are given. The method of sample preparation of biological media and features of experiment for different experimental setups of spatial photometry are given. The methodology of preparation the biological samples used for research in this paper were detail described. The analysis of the indicatrix of laser light scattering by thick samples of muscle tissue at different wavelengths with transverse and longitudinal placement of fibers was made. The data obtained by method of spatial photometry, which realized the principle of analyses of the sections. Experimental studies conducted on goniometric type setup. For phase function of single scattering Henyey-Greenstein, modified by isotropic component in each sections, the transition from indicatrix scattering of thick sample to the single scattering anisotropy factor g was made. Identity of experimentally-determined values of the optical coefficients of diffuse reflection and total transmission and determined by the results of Monte Carlo simulation using the average values by sections of the anisotropy factor of single scattering are approved. Диссертация посвящена разработке метода фотометрического анализа биологических сред путем расширения пространства определения их оптических свойств, что позволило одновременно учесть характеристики отраженного и пропущенного средой оптического излучения в пределах полного телесного угла. В работе разработаны методики реализации математического базиса пространственной фотометрии биологических сред по принципу определения интенсивности рассеяния по параллелям (кольцевым полосам) и меридианам (сечениям). Предложены схемотехнические решения двух- и восьмиканальной информационно-измерительных систем для пространственной фотометрии по сечениям, реализованные на уровне экспериментальных установок. Разработано программное обеспечение фотометрического параллельного анализа, позволяющее исследовать индикатрисы рассеяния по сечениям. Проведен анализ индикатрис рассеяния лазерного излучения толщинными образцами мышечных тканей на различных длинах волн и с разным размещением волокон. Осуществлен переход от индикатрисы рассеяния толщинных образцов к фактору анизотропии однократного рассеяния. Доказана идентичность экспериментально определенных величин оптических коэффициентов диффузного отражения и полного пропускания и определенных по результатам моделирования Монте-Карло с использованием усредненной по сечениям величины фактора анизотропии однократного рассеяния.