Bezuglyi, M. A.

Samilyak, A. B.

Безуглий, М. О.

Саміляк, А. Б.

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University

Матеріали VІ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів.  Актуальні задачі сучасних технологій – Тернопіль 16-17 листопада 2017.  162 УДК 535.2:616-71 А.Б. Саміляк доц., М.О. Безуглий Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна  МОДЕЛЮВАННЯ СВІТЛОРОЗСІЯННЯ ШКІРОЮ ЛЮДИНИ В ЗАДАЧАХ ОПТИМІЗАЦІЇ ПАРАМЕТРІВ БІОМЕДИЧНОГО ФОТОМЕТРУ  А.B. Samilyak, Assoc. Prof., M.A. Bezuglyi MODELING OF LIGHT SCATTERING IN HUMAN SKIN FOR OPTIMIZATION OF BIOMEDICAL PHOTOMETER PARAMETERS  Новітні методи оптичної біомедичної діагностики, а також дозозалежної фото- та ла-зерної терапії завдяки неінвазивності (малоінвазивності) віднаходять все більшого по-ширення як в клінічній дослідницькій практиці, так і при розробці приладів та систем широкого застосування. При цьому, одним з перспективних методів та створених на його основі засобів вважається фотометрія еліпсоїдальними рефлекторами [1,2]. Адек-ватність її математичного апарату та підтверджені експериментальні результати дозво-ляють здійснювати оптичну біометрію середовищ, а також проводити просторовий аналіз розсіяного світла [3], фотометричний аналіз як у відбитому, так і у пропущеному біологічним зразком світлі [4]. Важливим аспектом є те, що оптична біометрія середо-вищ еліпсоїдальними рефлекторами можлива як для дослідження у умовах біопсійного експерименту, так і в умовах in vivo на цілісному організмі. Основним органом при не-інвазивній оптичній діагностиці, ефекти світлорозсіяння на якому є визначальними для всього комплексу дослідження, вважається шкіра. Тому метою даної роботи є оцінка впливу ключового параметру еліпсоїдального рефлектора, а саме його фокального па-раметру, що визначає розміри вхідного вікна приладу, на просторовий розподіл зареєс-трованого світла при біометрії шкіри людини. У даній роботі досліджено світлорозсіяння на зразках шкіри людини, анатомічне розташування яких відповідає плечу та спині. Моделювання проводилося за допомогою програмного забезпечення для еліпсоїдальної фотометрії власної розробки. Шарами шкіри, в яких здійснювалось моделювання, є роговий шар, епідерміс та дерма. Умову експерименту у відбитому (дифузно розсіяному назад) світлі забезпечила симуляція поширення оптичного випромінювання також у жировій та м’язовій тканинах. Оптич-ними властивостями є показник заломлення, коефіцієнт поглинання, коефіцієнт розсі-ювання та фактор анізотропії розсіяння кожного шару. Для рогового шару показник за-ломлення n=1.5, коефіцієнт поглинання aµ =0.1 см-1, коефіцієнт розсіяння sµ =100 см-1, фактор анізотропії розсіяння HGg =0.8, товщина зразку шкіри з плеча і спини для цього шару 0.0035 і 0.0031 см. Для епідермісу n=1.34, aµ =0.15 см-1, sµ =45 см-1, HGg =0.8, тов-щина зразків 0.0107 і 0.01 см. Для дерми n=1.39, aµ =0.073 см-1, sµ =20 см-1, HGg =0.76, товщини - 0.246 і 0.371 см. Для жирової тканини показник n=1.44, aµ =0.068 см-1 sµ =15см-1 , HGg =0.8, товщина жирової тканини 0.072 см для плеча і 0.083 см для спини. М’язова тканина n=1.37,  aµ =2 см-1, sµ =215 см-1, HGg =0.9 відповідно, остання тканина має товщину 1 см для шкіри плеча і спини. Було проведено серію модельних експериментів для 6 випадків: по 3 для кожного зі зразків шкіри при змінному фокальному параметрі (15, 20 та 25 мм) та незмінною вели-чиною ексцентриситету (0.8). Просторовий розподіл розсіяного назад випромінювання при різних значеннях фокального параметру представлений на рис.1. Матеріали VІ Міжнародної науково-технічної конференції молодих учених та студентів.  Актуальні задачі сучасних технологій – Тернопіль 16-17 листопада 2017.  163   а) б)   в) г)   д) е) Рисунок 1.  Просторовий розподіл розсіяного назад випромінювання  шкірою плеча (а, в, д) та спини (б, г, е) для величин фокального параметру еліпсоїдаль-ного рефлектора 15 мм,  20 мм та 25 мм відповідно Представлені результати моделювання (рис.1) показують однозначну залежність просторового розподілу розсіяного випромінювання різними ділянками шкіри людини від фокального параметру інформаційно-вимірювальної системи біомедичного фотоме-тру. Зонний аналіз отриманих фотометричних зображень [4] дозволить дослідити хара-ктер цієї залежності і побудувати аналітичну модель для оптимізації інших параметрів біомедичного фотометру з метою підвищення питомої ваги зареєстрованого світла та достовірності подальшої біометрії досліджуваного середовища. Література 1. M. A. Bezuglyi, N. V. Bezuglaya, and I. V. Helich, "Ray tracing in ellipsoidal reflec-tors for optical biometry of media," Appl. Opt.56, 8520-8526 (2017). 2. Безуглий М. О. Метод фотометричного дзеркального еліпсоїда обертання для дослідження шорсткості поверхні / М. О. Безуглий, Д. В. Ботвиновський, В. В. Зубарєв, Я. О. Коцур // Методи та прилади контролю якості. – 2011. – №27. – С. 77 – 83. 3. Bezuglyi, M., N. Bezuglaya, and A. Viruchenko. "On the possibility of ellipsoidal photometry and Monte Carlo simulation to spatial analysis of biological media." Electronics and Nanotechnology (ELNANO), 2017 IEEE 37th International Conference on. IEEE, 2017. 4. Безуглый М.А., Безуглая Н.В., Самиляк А.Б. Обработка изображений при эллип-соидальной фотометрии // Приборы и методы измерений. 2016; 7(1): с. 67-76. 

Modeling of light scattering in human skin for optimization of biomedical photometer parameters

http://elartu.tntu.edu.ua/bitstream/lib/22768/2/CAZST_2017vI_Samilyak_A_B-Modeling_of_light_scattering_162-163.pdf

Modeling of light scattering in human skin for optimization of biomedical photometer parameters

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Electronic archive of Ternopil National Ivan Puluj Technical University