WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 || 3 |
  1. Международной школе для молодых ученых и студентов по Оптике, Лазерной физике и Биофизике (Saratov Fall Meeting SFM'2004) (Саратов, 2004);
  2. Международном симпозиуме “Biomedical Optics BiOS 2005» (San Jose, California, 2005);
  3. Международной школе для молодых ученых и студентов по Оптике, Лазерной физике и Биофизике (Saratov Fall Meeting SFM'2006) (Саратов, 2006);
  4. Всероссийской конференции «Лазеры, измерения, информация» - 2009 (Санкт-Петербург, 2009);
  5. Всероссийской школе-семинаре «Методы компьютерной диагностики в биологии и медицине» (Саратов, 2009);
  6. Международной школе для молодых ученых и студентов по Оптике, Лазерной физике и Биофизике (Saratov Fall Meeting SFM'2009) (Саратов, 2009);

и на научных семинарах в Саратовском государственном университете.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 7 статей, из них 2 статьи в журналах из перечня ВАК.

Личный вклад соискателя

Личный вклад соискателя заключался в участии в постановке задач, разработке алгоритмов решения задач и их реализации, проведении экспериментальных исследований, обработке и обсуждении полученных результатов.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Содержит 191 страницу машинописного текста, включая 69 рисунков и 12 таблиц, и списка цитируемой литературы из 170 наименований.

Краткое содержание работы

Во Введении обоснована актуальность темы, сформулирована цель и задачи работы, ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы основные результаты и положения, выносимые на защиту, отмечена апробация работы, публикации и личный вклад автора, определена структура и объем диссертации.

В Главе 1 кратко излагаются биологические особенности строения кожной ткани, являющейся предметом исследований в данной работе. Обсужден вопрос относительно причин проявления оптической анизотропии в биологических тканях. Основными компонентами кожной ткани, определяющими оптическую анизотропию на макроскопическом уровне, являются ориентированные кератиновые фибриллы рогового слоя и упорядоченная фибриллярная коллагеновая структура дермы кожной ткани.

В Главе 2 рассматриваются теоретические модели для описания поляризационно-оптических свойств биотканей с анизотропными компонентами.

В рамках макроскопической модели оптически анизотропная биоткань представляется в виде среды, состоящая из оптически однородных доменов, расположенных в один слой на плоскости, часть которых можно считать анизотропными. Анализ поляризационных свойств таких биотканей, оказывается достаточно простым, если ориентация локальной оптической оси пренебрежимо мало меняется в направлении распространения зондирующего пучка. В геометрии эксперимента при использовании схемы «поляризатор-однородный анизотропный слой-анализатор» зависимость интенсивности прошедшего света от ориентации образца может быть выражена следующей формулой:

, (1)

где интенсивность падающего на поляризатор неполяризованного света; D «деполяризационная эффективность» среды; k – коэффициент, учитывающий независящие от поляризации потери на границах слоя и в поляризаторах; , анизотропия показателя преломления, L – толщина образца, – длина волны падающего света; и ' углы между осями пропускания поляризатора и анализатора и главной оптической плоскостью слоя для данного направления распространения света.

Некоторые типы биотканей обнаруживают существенные азимутальные вариации ориентации локальной оптической оси, что должно учитываться при анализе оптических характеристик ткани. Для описания взаимодействия поляризованного света с такими сложными системами необходимы более общие приближения, такие как формализм Мюллера-Стокса.

В работе используется представление, которое оперирует, главным образом, с инвариантными оптическими характеристиками, которые не зависят от выбора системы координат. В рамках представления вращательных инвариантов при использовании схемы измерений «поляризатор – образец – анализатор» зависимость интенсивности попадающего на фотодетектор света от углов ориентации поляризатора () и анализатора (’) может быть выражена следующей формулой:

, (2)

,,

где коэффициенты (= 0, 1,…,8) могут быть выражены через элементы соответствующей матрицы Мюллера образца следующим образом:

,

,,,, (3)

,,,.

Коэффициенты, будучи экспериментально измеримыми величинами (в эксперименте измеряются коэффициенты, линейным образом связанные с ), в явной форме представляют информацию об особенностях поляризационных свойств среды и ее структуре. Отличие от нуля коэффициентов и связано с двулучепреломлением среды, в то время как,, и определяются, главным образом, поляризационно-чувствительным ослаблением рассеиваемого средой света.

В случае геометрии детектирования обратно рассеянного биотканью света приближение вращательных инвариантов позволяет разработать простые методики исследования характеристик обратного рассеяния.

Методика 1 соответствует геометрии эксперимента, при которой поляризатор и анализатор ориентированы параллельно друг другу. В случае детектирования отраженного света методика предполагает использование одного поляризатора, служащего одновременно и поляризатором, и анализатором. Зависимость измеряемого коэффициента передачи от угла ориентации поляризатора относительно образца для данной методики имеет следующий вид:

. (4)

Для характеризации образца используются определяемые параметры +,,, +, -, при этом вращательными инвариантами являются и.

Методика 2 соответствует геометрии эксперимента, при которой поляризатор и анализатор ориентированы ортогонально друг относительно друга. Зависимость измеряемого коэффициента передачи от угла ориентации поляризатора относительно образца для данной методики имеет следующий вид:

. (5)

Для характеризации образца используются определяемые параметры, при этом вращательными инвариантами являются и.

Методика 3 базируется на совместном использовании данных, измеряемых по первой и второй методике. В эксперименте могут быть определены все восемь коэффициентов, фигурирующие в формуле (2), при этом могут быть определены значения следующих инвариантов: и.

В Главе 3 представлены результаты исследования влияния оптической анизотропии рассеивающих сред на поляризационные характеристики прошедшего света. Методики определения оптической анизотропии рассеивающих сред основаны на макроскопической модели и представлении вращательных инвариантов. Измерялись спектральные зависимости интенсивностей ко-поляризованного,, и кросс-поляризованного,, компонентов рассеянного света при разных углах ориентации исследуемого образца относительно плоскости поляризации зондирующего света.

В приближении макроскопической модели формула (1) позволяет представить зависимость параметра от угла в виде:

, (6)

Анализ спектральных зависимости интенсивностей и, при разных углах ориентации исследуемого образца проводился согласно выражению (2). В случаях параллельной (=) и ортогональной (=+) ориентаций поляризатора и анализатора зависимости имеют следующий вид:

, (7)

.

Измерения спектральных зависимостей и дают возможность определения спектров параметров +,,, +, -, физический смысл которых определен в главе 2.

В настоящей работе в качестве оптически анизотропных модельных образцов были использованы лента скотч, политетрафлюроэтиленовые (PTFE) пленки и многослойные ленты (плоские пучки), составленные из слоев почти параллельно ориентированных длинных цилиндрических стеклянных и полипропиленовых волокон диаметром 30 мкм.

Исследования образцов скотча и PTFE пленок показали, что для исследования поляризационных свойств таких образцов применима простая методика, основанная на измерении зависимости параметра от угла. Спектральные зависимости параметра Р, измеренные для разных образцов при разных углах их ориентации, показали наличие максимумов и минимумов, обусловленные интерференцией поляризованных компонентов проходящего света (рис. 1а, 1б)). Измерения зависимостей для разных образцов показали их периодический характер (рис. 1в, 1г), при этом они хорошо

а

б

в

г

Рис. 1. Спектральные (а,б) и угловые (в,г) зависимости параметра P.

(а,в) лента скотч, (б,г) PTFE пленка. (в) = 950 нм, (г) = 635 нм (1), = 700 нм (2)

аппроксимировались формулой (6). Значения оптической анизотропии образцов, определенные по интерференционным полосам в спектральных распределениях параметра Р и на основе разработанной методики, практически совпадают.

Для структур волокон с двулучепреломлением (полипропиленовые волокна) имеет место спектральная зависимость параметра Р (рис. 2а), в то время как для волокон без двулучепреломления (стеклянные волокна) она отсутствует. Добавление разориентированных слоев как стеклянных, так и полипропиленовых волокон, приводит к подавлению каждого второго максимума в периодической зависимости : для двухслойных структур каждый второй максимум уменьшается по амплитуде, а случае трехслойных структур исчезает совсем. Это указывает на неприменимость приближения макроскопической модели для анализа структур подобного вида.

В связи с этим был проведен анализ поляризационных характеристик прошедшего света на основе приближения оптических инвариантов, используя формулы (7). В качестве примера на рис. 3 приведены зависимости интенсивностей, поляризованных компонентов света, прошедшего через двухслойную структуру полипропиленовых волокон. Измеренные зависимости позволяли определить коэффициенты и вращательные инварианты, и, определенные для исследуемых структур.

а

б

Рис. 2. Спектральные (а) и угловые (б) зависимости параметра P

для структур полипропиленовых волокон. (а) один слой, (б) два слоя под углом 100

Рис. 3. Зависимости интенсивностей

ко-поляризованного (1) и кросс-поляризованного (2) компонентов

от угла ориентации образца.

Образец – два слоя полиропиленовых волокон

Вращательные инварианты определялись следующим образом:

,,.

Полученные значения инвариантов (см. таблицу) позволили сделать вывод, что в случае стеклянных волокон вклад двулучепреломления в зависимости и пренебрежимо мал (<,), а для структур полипропиленовых волокон вклад двулучепреломления превалирует (>,).

Таблица. Нормированные значения инвариантов для исследуемых образцов

Нормированные инварианты

Полипропилен,

1 слой

Полипропилен,

2 слоя

Стекло,

3 слоя

Кожа крысы

0,180

0,102

0,002

0,112

0,103

0,057

0,101

0,014

0,106

0,064

0,094

0,0008

В главе также приведены результаты исследований образцов кожи крысы.

На рисунке 4 приведены спектрально-угловые распределения параметра Р в видимой и ближней ИК области спектра, зависимость параметра Р от азимутального угла на фиксированных длинах волн и зависимости интенсивностей ко- и кросс-поляризованных компонентов прошедшего света для образца кожи толщиной 730 мкм.

По крайней мере, два факта можно установить из рисунков: спектральные распределения для исследуемого образца похожи на спектры для

а

б

Рис. 4. Спектральные (а) и угловые (б) зависимости параметра P (1 - =650 нм,

2 - =950 нм) и зависимости

интенсивностей ко-поляризованного (1) и кросс-поляризованного (2) компонентов

от угла ориентации образца (в).

Образец – цельная кожа крысы толщиной 730 мкм

в

фазовых пластинок, являющиеся результатом интерференции поляризованных волн (см. рис. 1а), и выраженность оптической анизотропии более явная в инфракрасной области спектра.

Приведенные в таблице значения полученных значений вращательных инвариантов, и позволяют сделать вывод, что оптическая анизотропия кожи определяется в основном двулучепреломлением коллагена, в то время как вклад за счет структурных образований кожной ткани мал (>,). Кожная ткань ведет себя как однородная фазовая пластинка, анализ поляризационных свойств которой возможен на основе приближения макроскопической модели. Аппроксимация зависимостей для разных образцов крысы по формуле (6) позволила определить величину оптической анизотропии = 0,00222 ± 0,00011.

Pages:     | 1 || 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»