RU2012116721A

RU2012116721A - Способ определения оптических и биофизических параметров биоткани и устройство для его реализации

Info

Publication number: RU2012116721A
Application number: RU2012116721/15A
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Лысенко; Михаил Михайлович Кугейко
Original assignee: Белорусский Государственный Университет (Бгу)
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-11-10
Also published as: RU2510506C2

Abstract

1. Способ определения оптических и биофизических параметров биоткани и устройство для его реализации путем посылки излучения на биоткань, измерения диффузного отражения от биоткани, в том числе посредством системы визуализации, и определения параметров биоткани на основе использования предопределенных аналитических выражений, отличающийся тем, что посылку излучения на биоткань в одну или несколько точек осуществляют в диапазоне длин волн λ от 350 до 1600 нм, измеряют диффузное отражение на длинах волн посылаемого излучения для каждой из точек освещения, определяют спектрально-пространственные профили коэффициента диффузного отражения R(L,λ)=P(L,λ)/(P(λ)A(L,λ)) или профили r(L,λ)=R(L,λ)/R(L,λ), где L - расстояния между точками освещения и регистрации диффузного отражения, L- одно из этих расстояний, P(λ) - мощность посылаемого света, P(L,λ) - мощность регистрируемого излучения, A(L,λ) - аппаратурная константа, а количественные значения оптических и биофизических параметров определяют на основе предопределенных аналитических выражений, связывающих данные параметры с профилями R(L,λ) и r(L,λ).2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве образца биоткани используют кожу, молочную железу, слизистую оболочку полости рта, пищевода, органов желудочно-кишечного тракта и легких как in vivo, так и ех vivo.3. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют такие оптические параметры биоткани как объемный коэффициент поглощения, редуцированный коэффициент рассеяния, фактор анизотропии рассеяния, и такие биофизические параметры как объемная концентрация меланина, интегральное содержание меланина в эпидермисе, концентрация общего гемоглобина, насы�

Claims

1. Способ определения оптических и биофизических параметров биоткани и устройство для его реализации путем посылки излучения на биоткань, измерения диффузного отражения от биоткани, в том числе посредством системы визуализации, и определения параметров биоткани на основе использования предопределенных аналитических выражений, отличающийся тем, что посылку излучения на биоткань в одну или несколько точек осуществляют в диапазоне длин волн λ от 350 до 1600 нм, измеряют диффузное отражение на длинах волн посылаемого излучения для каждой из точек освещения, определяют спектрально-пространственные профили коэффициента диффузного отражения R(L,λ)=P(L,λ)/(P₀(λ)A(L,λ)) или профили r(L,λ)=R(L,λ)/R(L₀,λ), где L - расстояния между точками освещения и регистрации диффузного отражения, L₀ - одно из этих расстояний, P₀(λ) - мощность посылаемого света, P(L,λ) - мощность регистрируемого излучения, A(L,λ) - аппаратурная константа, а количественные значения оптических и биофизических параметров определяют на основе предопределенных аналитических выражений, связывающих данные параметры с профилями R(L,λ) и r(L,λ).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве образца биоткани используют кожу, молочную железу, слизистую оболочку полости рта, пищевода, органов желудочно-кишечного тракта и легких как in vivo, так и ех vivo.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют такие оптические параметры биоткани как объемный коэффициент поглощения, редуцированный коэффициент рассеяния, фактор анизотропии рассеяния, и такие биофизические параметры как объемная концентрация меланина, интегральное содержание меланина в эпидермисе, концентрация общего гемоглобина, насыщение гемоглобина кислородом, концентрация билирубина, средний диаметр и объемная концентрация капилляров с кровью, размер эффективных рассеивателей ткани, содержание воды в биоткани.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициенты диффузного отражения определяют или на характеристических длинах волн спектров поглощения и рассеяния компонентов исследуемой биоткани, или же во всем диапазоне посылаемого излучения с последующей интерполяцией или экстраполяцией полученных коэффициентов R(L,λ) и r(L,λ) к длинам волн, соответствующим аналитическим выражениям, на основе которых осуществляется переход от R(L,λ) и r(L,λ) к определяемым параметрам биоткани.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что предопределенные аналитические выражения получают путем измерения или расчета методом Монте-Карло коэффициентов диффузного отражения для множества образцов биоткани или моделирующих ее фантомов с известными оптическими и биофизическими параметрами, накопления ансамбля реализации оптических и биофизических параметров биоткани и соответствующих им спектрально-пространственных профилей R(L,λ), r(L,λ) и использования регрессионного анализа полученного ансамбля реализации.

6. Способ по п.5, отличающийся тем, что рассчитывают собственные векторы v_n (n=1, …, N_L·N_λ) ковариационных матриц R(L,λ) и r(L,λ), определяют коэффициенты разложения ξ_n всех реализации профилей R(L,λ) и r(L,λ) по соответствующим им собственным векторам v_n, а предопределенные аналитические выражения получают на основе регрессионного анализа ансамбля реализации коэффициентов ξ_n и соответствующих им оптических и биофизических параметров.

7. Устройство для определения оптических и биофизических параметров биоткани, состоящее из блока светового излучения, оптоволоконного зонда или светопередающей оптики, монохроматора, спектрометра, устройств регистрации и обработки измерительной информации, отличающееся тем, что блок светового излучения выполнен с возможностью посылки света в диапазоне длин волн от 350 до 1600 нм, оптоволоконный зонд, светопередающая оптика, монохроматор, спектрометр и устройство регистрации сконфигурированы так, что позволяют получать спектрально-пространственные профили диффузного отражения R(L,λ) или профили r(L,λ)=R(L,λ)/R(L₀,λ) для каждой из точек освещения, где L - расстояния между точками освещения и регистрации диффузного отражения, L₀ - одно из этих расстояний, а блок обработки измерительной информации выполнен с возможностью использования предопределенных аналитических выражений, связывающих оптические и биофизические параметры с профилями R(L,λ) и r(L,λ).