3D-визуализация многократно рассеивающих сред
Захаров В.П., Синдяева А.Р.

Самарский государственный аэрокосмический университет, Самара, Россия

Аннотация:
Настоящая работа посвящена теоретическим исследованиям распространения низкоинтенсивного лазерного излучения оптического диапазона в многократно рассеивающих средах и направлена на создание универсальной оптической схемы их визуализации. При анализе внутренней структуры объекта и протекающих в нем процессов в большинстве случае необходимо учитывать не абсолютные значения оптических параметров, а их пространственно-временные флуктуации. В связи с этим в качестве базового метода исследования выбран дифференциальный алгоритм метода обратного рассеяния. Построена 3D-модель многократного рассеяния в программной среде TracePro с применением статистического метода Монте-Карло. Проведены численные эксперименты по математическому моделированию взаимодействия лазерного излучения с объектом и визуализации его строения. Определены зависимости дифференциальных характеристик рассеянного излучения от топологии и оптических параметров среды. На основании полученных данных сделан вывод о возможности применения созданной объемной модели для решения задач диагностики многократно рассеивающих объектов, в частности, биообъектов.

Литература:

Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. - М.: Мир, 1981.
Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. - Саратов: Изд-во Сарат. Ун-та, 1998. – 348 с.
Лазерная аналитическая спектроскопия / Под ред. В.С. Летохова. - М.: Наука, 1986.
Tuchin V.V. Tissue Optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis // Bellingham, Washington USA: SPIE PRESS, 2000.
Special issue: Photon Correlation and Scattering // Appl. Opt., 2001. - Vol. 40.
Tuchin V.V. Handbook of Optical Biomedical Diagnostics // Bellingham, Washington USA: SPIE PRESS, 2002.
Vo-Dinh T. (Ed.) Biomedical Photonics Handbook // Boca Raton, FL: CRC Press, 2003.
Соболь И.М. Численные методы Монте-Карло. - М., Наука, 1973.
Jacques S.L., Wang L.-H., Zheng L.-Q. MCML - Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues // Computer Methods and Programs in Biomedicine, 1995. - Vol. 47. - P. 131-146.
Меглинский И.В. Моделирование спектров отражения оптического излучения от случайно-неоднородных многослойных сильно рассеивающих поглощающих свет сред методом Монте-Карло // Квантовая электроника, 2001. - T. 31. - №12. - С. 1101-1107.
Kuzmin V.L., Meglinski I.V. Coherent Multiple Scattering Ef-fects and Monte Carlo Method // JETP Letters, 2004. - Vol. 79. - №3. - P. 109-112.
Словецкий С. Д. Моделирование распространения оптического излучения в слоистой случайно-неоднородной среде методом Монте-Карло // Радиотехника, 1994. - №7.
Sindyaeva A.R., Zakharov V.P. Localization of tissue pathological changes // Proceedings of SPIE, 2007. - Vol. 6734.
Воробьева Е.В., Захаров В.П., Козлов Р.В., Котова С.П., Тимченко П.Е., Якуткин В.В. Сравнительный спектральный анализ обратного рассеяния излучения растительной и живой тканью // Физика волновых процессов и радиотехнические системы, 2005. - Т. 8. - №3. - С. 69-74.
Medical optical tomography: functional imaging and monitoring // Eds Mueller G., Chance B., Alfano R. et al. Bellingham, Washington USA: SPIE PRESS, 1993. - Vol. IS11.
Синичкин Ю.П., Пилипенко Е.А. Спектроскопия кожи человека in vivo. I. Спектры отражения // Оптика и спектроскопия, 1996. - Т. 80. - №2. - С. 260-267.
Montagna and Parakkal P.F. The Structure and Function of Skin // Academic Press, 1997.
Гаврилов Л.Ф., Татаринов В.Г. Анатомия. - М.: Медицина, 1978.