Перейти до вмісту
Наукові вісті КПІ
ISSN 2617-5509 · e‑ISSN 2663-7472 Відкритий доступ · CC BY 4.0
Т. · № 4 · 2019 жов 15, 2019 статті

ВИЗНАЧЕННЯ ФАКТОРА АНІЗОТРОПІЇ ТКАНИНИ МЕТОДОМ ФОТОМЕТРІЇ ЕЛІПСОЇДАЛЬНИМИ РЕФЛЕКТОРАМИ

MB
Mikhail O. Bezuglyi Відповідальний Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна
NB
Natalia V. Bezugla Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна
DH
Denys V. Horban Igor Sikorsky Kyiv Polytechnic Institute, Ukraine Україна
Опублікованожов 15, 2019
PDF
НВКПІ 4 ТОМ · 4
ТОМ · № 4 · 2019 Переглянути випуск

Анотація

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.

Ключові слова

#Еліпсоїдальний рефлектор #Фотометрія #Фактор анізотропії розсіяння #Симуляція Монте-Карло

Посилання

  1. V.V. Tuchin, Optical Biomedical Diagnostics , part 1. Moscow: Russia: Physmathlit, 2007.
  2. O. Nadiarnykh et al. , “Alterations of the extracellular matrix in ovarian cancer studied by Second Harmonic Generation imaging microscopy”, BMC Cancer , vol. 10, p. 94, 2010. doi: 10.1186/1471-2407-10-94
  3. R.B. La Comb et al. , “Quantitative second harmonic generation imaging of the diseased state osteogenesi imperfecta: Experiment and simulation”, Biophys. J. , vol. 94, no. 11, pp. 4504–4514, 2008. doi: 10.1529/biophysj.107.114405
  4. H. Key et al. , “ Optical attenuation characteristics of breast tissues at visible and near-infrared wavelengths”, Phys Med Biol. , vol. 36, no. 5, pp. 579–590, 1991. doi: 10.1088/0031-9155/36/5/002
  5. A.N. Yaroslavsky et al. , “Optical properties of selected native and coagulated human brain tissues in vitro in the visible and near infrared spectral range”, Phys. Med. Biol. , vol. 47, no. 12, pp. 2059–2073, 2002. doi: 10.1088/0031-9155/47/12/305
  6. P. D. Verhaegenetal., “A reliable, non-invasive measurement tool for anisotropy in normal skin and scar tissue”, Skin Res. Technol. , vol. 16, no. 3, pp. 325–331, 2010. doi: 10.1111/j.1600-0846.2010.00436.x
  7. S. Chandrasekhar, Radiative Transfer . Dover Publications, 1960.
  8. A. Ishimaru, Wave Propagation and Scattering in Random Media . New York: Academic, 1978, 604 p.
  9. W.J. Wiscombe, “Improved Mie scattering algorithms”, Appl. Opt. , vol. 19, no. 9, pp. 1505–1509, 1980. doi: 10.1364/ao.19.001505
  10. L.O. Reynolds and N.J. McCormick, “Approximate two-parameter phase function for light scattering”, J. Opt. Soc. Am. , vol. 70, no. 10, pp. 1206–1212, 1980. doi: 10.1364/josa.70.001206
  11. J.H. Joseph et al. , “The delta-Eddington approximation for radiative flux transfer”, J. Atmos. Sci. , vol. 33, no. 12, pp. 2452–2459, 1976. doi: 10.1175/1520-0469(1976)033<2452:tdeafr>2.0.co;2
  12. L.C. Chickenyey and J.L. Greenstein, “Diffuse radiation in the galaxy”, Astrophys. J. , vol. 93, pp. 70–83, 1941. doi: 10.1086/144246
  13. S.L. Jacques et al. , “Angular dependence of chickene laser light scattering by human dermis”, Lasers in the Life Sciences , vol. 1, no. 4, pp. 309– 333 , 1987.
  14. G. Hall et al. , “Goniometric measurements of thick tissue using Monte Carlo simulations to obtain the single scattering anisotropy coefficient”, Biomed. Optics Express , vol. 3, no. 11, 2707–2719, 2012. doi: 10.1364/boe.3.002707
  15. P. Saccomandi et al. , “Goniometric measurement for the estimation of anisotropy coefficient of human and animal pancreas”, in Proc. 37th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society , 2015, pp. 1283–1286. doi: 10.1109/embc.2015.7318602
  16. D. Fukutomi et al. , “Determination of the scattering coefficient of biological tissue considering the wavelength and absorption dependence of the anisotropy factor”, Optical Rev. , vol. 23, no. 2, pp. 291–298, 2015. doi: 10.1007/s10043-015-0161-y
  17. P. Saccomandi et al. , “Estimation of anisotropy coefficient of swine pancreas, liver and muscle at 1064 nm base dongoniometric technique”, J. Biophoton. , vol. 8, no. 5, pp. 422–428, 2015. doi: 10.1002/jbio.201400057
  18. M.A. Bezuglyi and N.V. Bezuglaya, “Ellipsoidal reflectors in biomedical diagnostic”, in Proc. SPIE , vol. 9032, 2013. doi: 10.1117/12.2044606
  19. M.A. Bezuglyi et al. , “Ray tracing in ellipsoidal reflectors for optical biometry of media”, Appl Opt. , vol. 56, no. 30, pp. 8520–8526, 2017. doi: 10.1364/AO.56.008520
  20. M.A. Bezuglyi et al. , “Influence of laser beam profile on light scattering by human skin during photometry by ellipsoidal reflectors”, Devices and Methods of Measurements , vol. 9, no. 1, pp. 56–65, 2018. doi: 10.21122/2220-9506-2018-9-1-56-65
  21. N.V. Bezuglaya et al. , “The influence of the axial anisotropy of the scattering by biological media on the accuracy of determination the optical coefficients by Monte Carlo method”, Naukovi Visti NTUU KPI , no. 1, pp. 85–91, 2015.
  22. N.V. Bezuglaya et al. , “Features of anisotropy of light scattering on fibrous biological tissues”, Bulletin of NTUU “KPI”. Series Instrument Making , vol. 50, no. 1, pp. 169–175, 2015.
  23. N.V. Bezuglaya and M.A. Bezuglyi, “Spatial photometry of scattered radiation by biological objects”, in Proc. SPIE , 2013, vol. 9032, pp. Q1–Q5. doi: https:// doi .org/10.1117/12.2044609
  24. M.A. Bezuglyi, “The non-invasive optical glucometer prototype with ellipsoidal reflectors”, in Proc. 59th International Scientific Conference on Power and Electrical Engineering of Riga Technical University , 2018, pp. 1–4. doi: 10.1109/RTUCON.2018.8659864
  25. M.A. Bezuglyi et al. , “Image processing at ellipsoidal photometry”, Devices and Methods of Measurements , vol. 7, no. 1, pp. 67–76, 2016. doi: 10.21122/2220-9506-2016-7-1-67-76
  26. S. Grabtchak et al. , “Optical absorption and scattering properties of bulk porcine muscle phantoms from interstitial radiance measurements in 650–900 nm range”, Physics in Medicine and Biology , vol. 59, no. 10, pp. 2431–2444, 2014. doi: 10.1088/0031-9155/59/10/2431
  27. A.N. Bashkatov et al. , “Optical properties of skin, subcutaneous, and muscle tissues: a review”, J. Innov. Optical Health Sci. , vol. 4, no. 1, pp. 9–38, 2011. doi: 10.1142/s1793545811001319
  28. S.L. Jacques, “Optical properties of biological tissues: a review”, Physics in Medicine and Biology , vol. 58, no. 11, pp. 5007–5008, 2013. doi:10.1088/0031-9155/58/11/r37
  29. S.A. Prahl, “Light transport in tissue”, Ph.D. dissertation, University of Texas at Austin, 1988.
§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.
Усі випуски

РОЗРОБКА МЕТОДУ ФОРМАЛІЗАЦІЇ ДИНАМІЧНИХ ТЕПЛОВИХ ПОРТРЕТІВ ДЛЯ НАДІЙНОГО ВИЯВЛЕННЯ ЦІЛЕЙ

Степан Лис, Оксана Оборська

Проблематика. Автоматизовані системи спостереження з БпЛА стикаються з подвійним викликом: виявленням теплоконтрастних об'єктів у реальному часі та їх ідентифікацією в…

#тепловізійні системи #ідентифікація цілей #локалізація зони інтересу #динамічний тепловий портрет
10.20535/kpisn.2026.3.359114

МЕТОДИКА ФОРМУВАННЯ ІНФОРМАТИВНОГО ПРОСТОРУ ОЗНАК ТЕХНІЧНИХ ІНДИКАТОРІВ ФІНАНСОВИХ ПРОЦЕСІВ НА ОСНОВІ НЕЙРОМЕРЕЖЕВИХ МОДЕЛЕЙ

Роман Тертичний, Денис Чупрін, Петро Бідюк

Проблематика. Фінансові часові ряди характеризуються нелінійністю, нестаціонарністю та високим рівнем шуму, що суттєво ускладнює їх моделювання та прогнозування.…

#методика формування інформативного простору ознак #технічні індикатори #волатильність Паркінсона #нейронні мережі
10.20535/kpisn.2026.3.359610

МЕТОДИ ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ЦІЛІСНОСТІ ОБРОБКИ ТА ПЕРЕДАЧІ ДАНИХ У ПРОМИСЛОВИХ СИСТЕМАХ АВТОМАТИЗАЦІЇ

Ярослав Корпань, Євген Федоров, Ольга Нечипоренко

Проблематика. Сучасні промислові системи контролю характеризуються високим рівнем інтеграції інформаційних і фізичних процесів та використанням розподілених…

#промислові системи автоматизації #SCADA-системи #цілісність даних #кібербезпека ICS
10.20535/kpisn.2026.3.361520

Статті цього автора (цих авторів), які найбільше читають

Схожі статті

Ви також можете розпочати розширений пошук схожих статей для цієї статті.