Главная Случайная страница



Полезное:

Как сделать разговор полезным и приятным Как сделать объемную звезду своими руками Как сделать то, что делать не хочется? Как сделать погремушку Как сделать неотразимый комплимент Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами Как сделать идею коммерческой Как сделать хорошую растяжку ног? Как сделать наш разум здоровым? Как сделать, чтобы люди обманывали меньше Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили? Как сделать лучше себе и другим людям Как сделать свидание интересным?


Категории:

АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника







Волны фотонной плотности





Значительные перспективы для оптической томографии биотканей и органов имеет модуляционный метод, основанный на регистрации динамического отклика интенсивности рассеянного света при модуляции интенсивности падающего лазерного пучка в диапазоне частот (0,1 - 10 ГГц). Измеряемыми параметрами являются глубина модуляции интенсивности рассеянного света ms = dIs/Is и соответствующий сдвиг фазы DFs. Метод более прост и надежен по сравнению с временным методом, имеет большую помехозащищенность .

В основе метода лежат особенности распространения волн фотонной плотности, которые являются сильно затухающими волнами огибающей плотности фотонов. Микроскопически отдельные фотоны совершают случайные блуждания в рассеивающей среде, но коллективно они формируют волну фотонной плотности на частоте модуляции w, которая распространяется от модулированного по интенсивности источника излучения. Диффузные волны такого типа хорошо известны в других областях физики, например, тепловые волны возбуждаются при поглощении модулированного лазерного излучения различными средами, в том числе и биологическими. Волны фотонной плотности обладают типичными для волн свойствами: они преломляются, дифрагируют, интерферируют, обладают дисперсией и затухают.

В сильно рассеивающих средах с малым поглощением (каковыми и являются многие биоткани) вдали от стенок, источника и приемника излучения распространение света может быть рассмотрено как затухающий диффузный процесс, который описывается временным диффузионным уравнением для плотности фотонов. При использовании расположенного в точке r = 0 точечного источника света со средней интенсивность I0 и гармонической модуляцией интенсивности с глубиной mI = dI(t)/I0 на частоте w,

 

I(0,t) = I0(0) {1 + mI exp(jwt)}, (3)

 

решение диффузионного уравнения для однородной бесконечной среды при условии, что ma<< ms¢, дает следующие выражения для глубины модуляции рассеянного излучения и соответствующего сдвига фазы

 

ms (r, w) = mI exp[r(D/cma)1/2]exp[- r(w/2D)1/2] , (4)



 

DFs(r, w) = r [w/2D]1/2 , (5)

 

где

L2s = 8p2D/w, V2s = 2Dw, (6)

 

D - коэффициент диффузии фотонов , Ls - длина волны фотонной плотности, Vs - её фазовая скорость.

Имея в виду медицинские применения, в частности, оптическую маммографию, нетрудно оценить, что при w/2p = 500 МГц, m¢s = 15 см -1, ma = 0,035 см -1 и c = (3×1010/1,33) см/с, длина волны Ls @ 5,0 см, а фазовая скорость Vs @ 1,77×109 см/с.

Соотношения (4) и (5) позволяют по измеренным значениям глубины модуляции интенсивности рассеянного света и соответствующего сдвига фазы модуляции определять редуцированный коэффициент рассеяния и коэффициент поглощения и их распределение по объему ткани. Такие характеристики используются в спектроскопии биотканей, например при in vivo определении степени оксигенации гемоглобина крови или содержания глюкозы в тканях.

В задачах визуализации макро неоднородностей важное значение имеет пространственное разрешение, которое можно получить при использовании волн фотонной плотности. Прогнозируемая пространственная разрешающая способность диффузной оптической томографии на основе волн фотонной плотности приближается к 1 мм, что сравнимо с разрешающей способностью позитронной эмиссионной и магнитно-резонансной томографией, при этом необходимо обеспечить точность измерения фазы не хуже 1,0 % и амплитуды волн не хуже 2,0 % . При использовании интерференции волн фотонной плотности, возбуждаемых разнесенными в пространстве источниками, возможно достижение рекордной разрешающей способности, меньшей 1 мм.

Важным достоинством оптической томографии является простота устройств, возможность дополнительного контрастирования объектов молекулами красителей, а также возможность визуализации локальных метаболических процессов. Метод позволяет исследовать различные ткани, включая молочную железу, мозг и легкие, изучать целый ряд физиологических процессов, связанных с гемодинамикой, обусловленной потребностью ткани или органа в кислороде. Одним из наиболее важных примеров является регистрация изменения распределения кислорода в функционирующем мозге, особенно в процессе его активности. Другим - мониторинг изменений свойств ткани, связанных с ростом опухоли - это увеличение объема крови из-за повышения плотности и объема кровеносных сосудов, прорастающих в опухоль; дезоксигенация крови за счет относительно высокой метаболической активности внутри опухоли; возрастание концентрации внутриклеточных органелл, продуцирующих дополнительную энергию для поддержания быстрого роста клеток; известкование ткани, сильно увеличивающее рассеяние света.

 








Date: 2015-05-04; view: 449; Нарушение авторских прав



mydocx.ru - 2015-2021 year. (0.006 sec.) Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав - Пожаловаться на публикацию