5 results on '"Фактор анизотропии рассеяния"'
Search Results
2. МОНТЕ-КАРЛО СИМУЛЯЦІЯ СВІТЛОРОЗСІЯННЯ ШАРАМИ ШКІРИ ЛЮДИНИ МЕТОДАМИ ПРОСТОРОВОЇ ФОТОМЕТРІЇ
- Subjects
індикатриса розсіяння ,Physics::Medical Physics ,ellipsoidal reflectors ,эллипсоидальные рефлекторы ,епідерміс ,пространственная фотометрия ,дерма ,scattering anisotropy factor ,dermis ,фотометричні зображення ,Monte Carlo method ,эпидермис ,индикатриса рассеяния ,фотометрические изображения ,фактор анизотропии рассеяния ,epidermis ,еліпсоїдальні рефлектори ,фактор анізотропії розсіяння ,метод Монте-Карло ,scattering indicatrix ,photometric images ,просторова фотометрія ,spatial photometry - Abstract
The ability to register and analyze the spatial distribution of light scattered within the full solid angle is the basis for the development and improvement of information-measuring systems and software and hardware complexes for problems of optical biomedical diagnostics. The greatest contribution to light scattering at non-invasive methods of biomedical research are made by the layers of human skin, affecting the depth of probing and the resolution of diagnostic systems. The significant individual variability of the optical properties of biological tissues does not allow practically (clinically) assessing their effect on the light scattering characteristics; therefore, the use of methods for modeling the optical radiation propagation in media in the measuring tools functioning context makes it possible to provide such a prognostic analysis. The goal of this work is a comparative evaluation of the results of the light propagation in human skin layers by Monte Carlo simulation using information-measuring systems of a biomedical photometer with ellipsoidal reflectors and a goniophotometer. The Monte Carlo simulation results of light scattering in dermis and epidermis at a wavelength of 632.8 nm using spatial photometry methods and the "BT_Mod" software, as well as coordinates, direction, and statistical weight of photons, allows the ray-tracing in a biomedical photometer with ellipsoidal reflectors are presented in this work. As a result of modeling, graphs of the dependence of optical coefficients (transmission T, diffuse reflection Rd, and absorption A) for the studied tissues of various thicknesses on the value of the scattering anisotropy factor were obtained, as well as photometric images of the second focal plane of ellipsoidal reflectors when receiving a scattering spot in reflected and transmitted light. Diagrams of the averaged scattering indicatrix at three thicknesses of the epidermis and dermis were obtained for a set of biophysically significant values of the scattering anisotropy factor, based on which the integral distribution of the photons statistical weight in diffuse scattered light was analyzed. A quantitative assessment of the illuminance level of images is carried out according to the zone analysis principles in photometry by ellipsoidal reflectors. The resulting graphs of the illuminance dependence the external and middle rings of photometric images in reflected and transmitted light. The results of the research make it possible to analyze the spatial distribution of light scattered by the human skin layers (epidermis and dermis) within the full solid angle, which can be used in problems of optical dosimetry and medical imaging in diagnostic, endoscopic, and therapeutic methods of biophotonics., Способность осуществлять регистрацию и анализ пространственного распределения рассеянного света в пределах полного телесного угла лежит в основе разработки и усовершенствования информационно-измерительных систем и программно-аппаратных комплексов для задач оптической биомедицинской диагностики. Для неинвазивных методов биомедицинского исследования наибольший вклад в светорассеяние вносят слои кожи человека, воздействуя при этом на глубину зондирования и разрешающую способность диагностических систем. Значительная индивидуальная вариабельность оптических свойств биологических тканей не позволяет практически (клинически) оценить их влияние на характеристики светорассеяния, поэтому применение методов моделирования распространения оптического излучения в средах в контексте функционирования измерительного средства позволяет обеспечить такой прогностический анализ. Целью данной работы является сравнительная оценка результатов симуляции Монте-Карло распространения оптического излучения в отдельных слоях кожи человека при использовании информационно-измерительных систем биомедицинского фотометра с эллипсоидальными рефлекторами и гониофотометра. В работе представлены результаты Монте-Карло симуляции светорассеяния слоями дермы и эпидермиса на длине волны 632,8 нм с помощью методов пространственной фотометрии и программного обеспечения "BT_Mod", которое позволяет моделировать процесс трассировки лучей в биомедицинском фотометре с эллипсоидальными рефлекторами, а также формировать пакет исходных данных о положении, направлении и статистическом весе фотонов, которые выходят из образца исследуемой ткани. В результате моделирования получены графики зависимости оптических коэффициентов (пропускания Т, диффузного отражения Rd и поглощения А) для исследуемых тканей различной толщины от величины фактора анизотропии рассеяния, а также фотометрические изображения второй фокальной плоскости эллипсоидальных рефлекторов при регистрации пятна рассеяния в отраженном и пропущенном свете. Получены диаграммы усредненной индикатрисы рассеяния на трех толщинах эпидермиса и дермы для набора биофизических значимых значений фактора анизотропии рассеяния, на основании чего проанализировано интегральное распределение статистического веса фотонов в диффузно рассеянном свете. Осуществлена количественная оценка уровня освещенности изображений по принципам зонного анализа при фотометрии эллипсоидными рефлекторами. Получены графики зависимости освещенности внешнего и среднего кольца фотометрических изображений в отраженном и пропущенном свете. Результаты исследования позволяют анализировать пространственное распределение рассеянного слоями кожи человека (эпидермисом и дермой) оптического излучения в пределах полного телесного угла, что может быть использовано в задачах оптической дозиметрии и медицинской визуализации в диагностических, эндоскопических и терапевтических методах биофотоники., Здатність здійснювати реєстрацію та аналіз просторового розподілу розсіяного світла в межах повного тілесного кута є основою розробки та вдосконалення інформаційно-вимірювальних систем і програмно-апаратних комплексів для задач оптичної біомедичної діагностики. Для неінвазивних методів біомедичного дослідження найбільший внесок в світлорозсіяння вносять шари шкіри людини, впливаючи при цьому на глибину зондування та роздільну здатність діагностичних систем. Значна індивідуальна варіабельність оптичних властивостей біологічних тканин не дозволяє практично (клінічно) оцінити їх вплив на характеристики світлорозсіяння, тому застосування методів моделювання поширення оптичного випромінювання в середовищах у контексті функціонування вимірювального засобу дозволяє забезпечити такий прогностичний аналіз. Метою даної роботи є порівняльна оцінка результатів симуляції Монте-Карло поширення оптичного випромінювання в окремих шарах шкіри людини при використанні інформаційно-вимірювальних систем біомедичного фотометру з еліпсоїдальними рефлекторами та гоніофотометру. У роботі представлені результати Монте-Карло симуляції світлорозсіяння шарами дерми та епідермісу на довжині хвилі 632,8 нм за допомогою методів просторової фотометрії та програмного забезпечення "BT_Mod", яке дозволяє моделювати процес трасування променів у біомедичному фотометрі з еліпсоїдальними рефлекторами, а також формувати пакет вихідних даних про положення, напрямок та статистичну вагу фотонів, які виходять зі зразка досліджуваної біологічної тканини. У результаті моделювання отримано графіки залежності оптичних коефіцієнтів (пропускання Т, дифузного відбиття Rd та поглинання А) для досліджуваних тканин різної товщини від величини фактору анізотропії розсіяння, а також фотометричні зображення другої фокальної площини еліпсоїдальних рефлекторів при реєстрації плями розсіяння у відбитому та пропущеному світлі. Отримано діаграми усередненої індикатриси розсіяння за умови обрання трьох значень товщини епідермісу та дерми для набору біофізично значущих величин фактору анізотропії розсіяння, на підставі чого проаналізовано інтегральний розподіл статистичної ваги фотонів у дифузно розсіяному світлі. Здійснена кількісна оцінка рівня освітленості зображень за принципами зонного аналізу при фотометрії еліпсоїдними рефлекторами. Отримані графіки залежності освітленості зовнішнього та середнього кільця фотометричних зображень у відбитому та пропущеному світлі. Результати дослідження дозволяють аналізувати просторовий розподіл розсіяного шарами шкіри людини (епідермісом та дермою) оптичного випромінювання в межах повного тілесного кута, що може бути використано в задачах оптичної дозиметрії та медичної візуалізації в діагностичних, ендоскопічних та терапевтичних методах біофотоніки. more...
- Published
- 2021
Catalog
3. Визначення фактора анізотропії тканини методом фотометрії еліпсоїдальними рефлекторами
- Author
-
Mikhail O. Bezuglyi, Natalia Bezugla, and Denys V. Horban
- Subjects
Physics ,фотометрія ,симуляція Монте-Карло ,фотометрия ,616-71 [535.2] ,photometry ,симуляция Монте-Карло ,Astrophysics ,scattering anisotropy factor ,эллипсоидальный рефлектор ,Ellipsoid ,еліпсоїдальний рефлектор ,ellipsoidal reflector ,Эллипсоидальный рефлектор ,Фотометрия ,Фактор анизотропии рассеяния ,Симуляция Монте-Карло ,Еліпсоїдальний рефлектор ,Фотометрія ,Фактор анізотропії розсіяння ,Симуляція Монте-Карло ,Photometry (astronomy) ,tissue anisotropy factor ,фактор анизотропии рассеяния ,фактор анізотропії розсіяння ,lcsh:Technology (General) ,Anisotropy factor ,lcsh:T1-995 ,Ellipsoidal reflector ,Photometry ,Scattering anisotropy factor ,Tissue anisotropy factor - Abstract
Background. The features of scattering anisotropy factor determination in the research of thick biological tissue samples.Objective. The purpose of the paper is development and testing of new method of tissue scattering anisotropy factor determination. The method is based on the analysis of illuminance of different zones of photometric images, received during the photometry by ellipsoidal reflectors.Methods. For implementation of ideas and assumptions, the paper applies basics of photometry by ellipsoidal reflectors for real and model experiments, with the implementation of direct and inverse Monte Carlo method for light propagation in biological tissue. Additionally, principles of zone analysis of photometric images illuminance, received during the photometry by ellipsoidal reflectors, are applied.Results. Based on the results of real experiment, the research represents input data set for Monte Carlo simulation of light propagation in biomedical photometer with ellipsoidal reflectors. Considering the modeling, the selection of critical thickness of samples of chicken and porcine muscle tissues was reasoned for further comparison with the results of real experiment. Dependencies of illuminance of different zones of photometric images for the selected thicknesses in the significant range of anisotropy factor value change were received. Anisotropy factors were determined in the spatial scattering cross sections. There was performed the comparative evaluation of character of photometric image zone illumination dependency for samples of various muscle tissues of similar thickness, and different thicknesses of selected tissue. Based on the developed method the specificities of real experiment results reproduction during the determination of scattering anisotropy factor by the illuminance values of photometric images, received during the simulation are shown.Conclusions. Method of the mirror ellipsoid of revolution (which was used during the experiment with biological tissues samples in reflected and transmitted light) isn’t limited by the functionality of preliminary estimation of quantity of cross section for further spatial analysis and investigation of scattering indicatrix. Photometry by ellipsoidal reflectors can be applied as the separate method for determination of the magnitude of the scattering anisotropy factor based on the results of model and numerical experiments, and the developed procedure., Проблематика. Особенности определения фактора анизотропии рассеяния при исследовании толщинных образцов биологических тканей.Цель исследования. Разработка и апробация новой методики определения фактора анизотропии рассеяния ткани путем анализа освещенности различных зон фотометрических изображений, полученных при фотометрии эллипсоидальними рефлекторами.Методика реализации. Для имплементации идей и предположений в работе используются принципы фотометрии эллипсоидальными рефлекторами для реального и модельного экспериментов при использовании прямого и инверсного методов Монте-Карло распространения оптического излучения в биологической ткани. Также применены принципы зонного анализа освещенности фотометрических изображений, полученных в ходе фотометрии эллипсоидальными рефлекторами.Результаты исследования. На основании результатов реального эксперимента представлен входной набор данных для симуляции Монте-Карло распространения света в биомедицинском фотометре с эллипсоидальными рефлекторами. На основании моделирования обоснован выбор граничных толщин образцов мышечной ткани курицы и свиньи для дальнейшего сопоставления с результатами реального эксперимента. Для избранных толщин в значимом диапазоне изменений величины фактора анизотропии, определенном в сечениях пространственного рассеяния, получены зависимости освещенности различных зон фотометрических изображений. Проведена сравнительная оценка характера зависимости освещенности зон фотометрических изображений для образцов различных мышечных тканей одинаковой толщины, а также различной толщины для отдельных тканей. На основании разработанной методики показаны особенности воспроизводимости результатов реального эксперимента при определении фактора анизотропии рассеяния по величинам освещенности фотометрических изображений, полученных при симуляции.Выводы. Метод зеркальных эллипсоидов вращения при проведении эксперимента для образцов биологических тканей в отраженном и пропущенном свете не ограничивается функционалом предварительной оценки количества сечений для дальнейшего пространственного анализа и исследования индикатрисы рассеяния. Фотометрия эллипсоидальными рефлекторами может быть использована как самостоятельный метод определения величины фактора анизотропии рассеяния по результатам модельного и численного экспериментов и по разработанной методике., Проблематика. Особливості визначення фактора анізотропії розсіяння при дослідженні товщинних зразків біологічних тканин.Мета дослідження. Розробка й апробація нової методики визначення фактора анізотропії розсіяння тканини через аналіз освітленості різних зон фотометричних зображень, отриманих при фотометрії еліпсоїдальними рефлекторами.Методика реалізації. Для імплементації ідей та припущень у роботі використовуються засади фотометрії еліпсоїдальними рефлекторами для реального і модельного експериментів при використанні прямого та інверсного методів Монте-Карло поширення оптичного випромінювання в біологічній тканині. Також застосовано принципи зонного аналізу освітленості фотометричних зображень, отриманих у ході фотометрії еліпсоїдальними рефлекторами.Результати дослідження. На підставі результатів реального експерименту представлено вхідний набір даних для симуляції Монте-Карло поширення світла в біомедичному фотометрі з еліпсоїдальними рефлекторами. На підставі моделювання обґрунтовано вибір граничних товщин зразків м’язової тканини курки та свині для подальшого зіставлення з результатами реального експерименту. Для вибраних товщин у значущому діапазоні змін величини фактора анізотропії, визначеному в перетинах про-сторового розсіяння, отримано залежності освітленості різних зон фотометричних зображень. Проведено порівняльне оцінювання характеру залежності освітленості зон фотометричних зображень для зразків різних м’язових тканин однакової товщини, а також різної товщини для окремих тканин. На підставі розробленої методики показано особливості відтворюваності результатів реального експерименту при визначенні фактора анізотропії розсіяння за величинами освітленості фотометричних зображень, отриманих при симуляції.Висновки. Метод дзеркальних еліпсоїдів обертання при проведенні експерименту для зразків біологічних тканин у відбитому та пропущеному світлі не обмежується функціоналом попередньої оцінки кількості перетинів для подальшого просторового аналізу та дослідження індикатриси розсіяння. Фотометрія еліпсоїдальними рефлекторами може бути використана як самостійний метод визначення величини фактора анізотропії розсіяння за результатами модельного і числового експериментів та за розробленою методикою. more...
- Published
- 2019
4. Просторова фотометрія біологічних середовищ
- Author
-
Національний технічний університет України 'Київський політехнічний інститут', приладобудівний, and виробництва приладів
- Subjects
indicatrix of scattering ,индикатриса рассеяния ,пространственная фотометрии ,індикатриса розсіяння ,фактор анизотропии рассеяния ,biological media ,фактор анізотропії розсіяння ,616-072(043.3) [535.2] ,scattering anisotropy factor ,просторова фотометрія ,биологическая среда ,біологічне середовище ,spatial photometry - Abstract
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. more...
- Published
- 2016
5. Просторова фотометрія біологічних середовищ
- Author
-
Безугла, Наталя Василівна and Безугла, Наталя Василівна
- Abstract
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. more...
- Published
- 2016
Discovery Service for Jio Institute Digital Library
For full access to our library's resources, please sign in.