Монте-карло симуляція світлорозсіяння шарами шкіри людини методами просторової фотометрії

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorБезугла, Н. В.
dc.contributor.authorПолуектов, С. О.
dc.contributor.authorЧорний, В. О.
dc.contributor.authorБезуглий, М. О.
dc.date.accessioned2022-02-22T07:44:07Z
dc.date.available2022-02-22T07:44:07Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractenThe ability to register and analyze the spatial distribution of light scattered within the full solid angle is the basis for the development and improvement of information-measuring systems and software and hardware complexes for problems of optical biomedical diagnostics. The greatest contribution to light scattering at non-invasive methods of biomedical research are made by the layers of human skin, affecting the depth of probing and the resolution of diagnostic systems. The significant individual variability of the optical properties of biological tissues does not allow practically (clinically) assessing their effect on the light scattering characteristics; therefore, the use of methods for modeling the optical radiation propagation in media in the measuring tools functioning context makes it possible to provide such a prognostic analysis. The goal of this work is a comparative evaluation of the results of the light propagation in human skin layers by Monte Carlo simulation using information-measuring systems of a biomedical photometer with ellipsoidal reflectors and a goniophotometer. The Monte Carlo simulation results of light scattering in dermis and epidermis at a wavelength of 632.8 nm using spatial photometry methods and the "BT_Mod" software, as well as coordinates, direction, and statistical weight of photons, allows the ray-tracing in a biomedical photometer with ellipsoidal reflectors are presented in this work. As a result of modeling, graphs of the dependence of optical coefficients (transmission T, diffuse reflection Rd, and absorption A) for the studied tissues of various thicknesses on the value of the scattering anisotropy factor were obtained, as well as photometric images of the second focal plane of ellipsoidal reflectors when receiving a scattering spot in reflected and transmitted light. Diagrams of the averaged scattering indicatrix at three thicknesses of the epidermis and dermis were obtained for a set of biophysically significant values of the scattering anisotropy factor, based on which the integral distribution of the photons statistical weight in diffuse scattered light was analyzed. A quantitative assessment of the illuminance level of images is carried out according to the zone analysis principles in photometry by ellipsoidal reflectors. The resulting graphs of the illuminance dependence the external and middle rings of photometric images in reflected and transmitted light. The results of the research make it possible to analyze the spatial distribution of light scattered by the human skin layers (epidermis and dermis) within the full solid angle, which can be used in problems of optical dosimetry and medical imaging in diagnostic, endoscopic, and therapeutic methods of biophotonics.uk
dc.description.abstractruСпособность осуществлять регистрацию и анализ пространственного распределения рассеянного света в пределах полного телесного угла лежит в основе разработки и усовершенствования информационно-измерительных систем и программно-аппаратных комплексов для задач оптической биомедицинской диагностики. Для неинвазивных методов биомедицинского исследования наибольший вклад в светорассеяние вносят слои кожи человека, воздействуя при этом на глубину зондирования и разрешающую способность диагностических систем. Значительная индивидуальная вариабельность оптических свойств биологических тканей не позволяет практически (клинически) оценить их влияние на характеристики светорассеяния, поэтому применение методов моделирования распространения оптического излучения в средах в контексте функционирования измерительного средства позволяет обеспечить такой прогностический анализ. Целью данной работы является сравнительная оценка результатов симуляции Монте-Карло распространения оптического излучения в отдельных слоях кожи человека при использовании информационно-измерительных систем биомедицинского фотометра с эллипсоидальными рефлекторами и гониофотометра. В работе представлены результаты Монте-Карло симуляции светорассеяния слоями дермы и эпидермиса на длине волны 632,8 нм с помощью методов пространственной фотометрии и программного обеспечения "BT_Mod", которое позволяет моделировать процесс трассировки лучей в биомедицинском фотометре с эллипсоидальными рефлекторами, а также формировать пакет исходных данных о положении, направлении и статистическом весе фотонов, которые выходят из образца исследуемой ткани. В результате моделирования получены графики зависимости оптических коэффициентов (пропускания Т, диффузного отражения Rd и поглощения А) для исследуемых тканей различной толщины от величины фактора анизотропии рассеяния, а также фотометрические изображения второй фокальной плоскости эллипсоидальных рефлекторов при регистрации пятна рассеяния в отраженном и пропущенном свете. Получены диаграммы усредненной индикатрисы рассеяния на трех толщинах эпидермиса и дермы для набора биофизических значимых значений фактора анизотропии рассеяния, на основании чего проанализировано интегральное распределение статистического веса фотонов в диффузно рассеянном свете. Осуществлена количественная оценка уровня освещенности изображений по принципам зонного анализа при фотометрии эллипсоидными рефлекторами. Получены графики зависимости освещенности внешнего и среднего кольца фотометрических изображений в отраженном и пропущенном свете. Результаты исследования позволяют анализировать пространственное распределение рассеянного слоями кожи человека (эпидермисом и дермой) оптического излучения в пределах полного телесного угла, что может быть использовано в задачах оптической дозиметрии и медицинской визуализации в диагностических, эндоскопических и терапевтических методах биофотоники.uk
dc.description.abstractukЗдатність здійснювати реєстрацію та аналіз просторового розподілу розсіяного світла в межах повного тілесного кута є основою розробки та вдосконалення інформаційно-вимірювальних систем і програмно-апаратних комплексів для задач оптичної біомедичної діагностики. Для неінвазивних методів біомедичного дослідження найбільший внесок в світлорозсіяння вносять шари шкіри людини, впливаючи при цьому на глибину зондування та роздільну здатність діагностичних систем. Значна індивідуальна варіабельність оптичних властивостей біологічних тканин не дозволяє практично (клінічно) оцінити їх вплив на характеристики світлорозсіяння, тому застосування методів моделювання поширення оптичного випромінювання в середовищах у контексті функціонування вимірювального засобу дозволяє забезпечити такий прогностичний аналіз. Метою даної роботи є порівняльна оцінка результатів симуляції Монте-Карло поширення оптичного випромінювання в окремих шарах шкіри людини при використанні інформаційно-вимірювальних систем біомедичного фотометру з еліпсоїдальними рефлекторами та гоніофотометру. У роботі представлені результати Монте-Карло симуляції світлорозсіяння шарами дерми та епідермісу на довжині хвилі 632,8 нм за допомогою методів просторової фотометрії та програмного забезпечення "BT_Mod", яке дозволяє моделювати процес трасування променів у біомедичному фотометрі з еліпсоїдальними рефлекторами, а також формувати пакет вихідних даних про положення, напрямок та статистичну вагу фотонів, які виходять зі зразка досліджуваної біологічної тканини. У результаті моделювання отримано графіки залежності оптичних коефіцієнтів (пропускання Т, дифузного відбиття Rd та поглинання А) для досліджуваних тканин різної товщини від величини фактору анізотропії розсіяння, а також фотометричні зображення другої фокальної площини еліпсоїдальних рефлекторів при реєстрації плями розсіяння у відбитому та пропущеному світлі. Отримано діаграми усередненої індикатриси розсіяння за умови обрання трьох значень товщини епідермісу та дерми для набору біофізично значущих величин фактору анізотропії розсіяння, на підставі чого проаналізовано інтегральний розподіл статистичної ваги фотонів у дифузно розсіяному світлі. Здійснена кількісна оцінка рівня освітленості зображень за принципами зонного аналізу при фотометрії еліпсоїдними рефлекторами. Отримані графіки залежності освітленості зовнішнього та середнього кільця фотометричних зображень у відбитому та пропущеному світлі. Результати дослідження дозволяють аналізувати просторовий розподіл розсіяного шарами шкіри людини (епідермісом та дермою) оптичного випромінювання в межах повного тілесного кута, що може бути використано в задачах оптичної дозиметрії та медичної візуалізації в діагностичних, ендоскопічних та терапевтичних методах біофотоніки.uk
dc.format.pagerangeС. 91-100uk
dc.identifier.citationМонте-карло симуляція світлорозсіяння шарами шкіри людини методами просторової фотометрії / Безугла Н. В., Полуектов С. О., Чорний В. О., Безуглий М. О. // Вісник КПІ. Серія Приладобудування : збірник наукових праць. – 2021. – Вип. 61(1). – С. 91-100. – Бібліогр.: 26 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/1970.61(1).2021.237112
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/46671
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceВісник КПІ. Серія Приладобудування : збірник наукових праць, 2021, Вип. 61(1)uk
dc.subjectметод Монте-Карлоuk
dc.subjectфактор анізотропії розсіянняuk
dc.subjectіндикатриса розсіянняuk
dc.subjectпросторова фотометріяuk
dc.subjectеліпсоїдальні рефлекториuk
dc.subjectепідермісuk
dc.subjectдермаuk
dc.subjectфотометричні зображенняuk
dc.subjectMonte Carlo methoduk
dc.subjectscattering anisotropy factoruk
dc.subjectscattering indicatrixuk
dc.subjectspatial photometryuk
dc.subjectellipsoidal reflectorsuk
dc.subjectepidermisuk
dc.subjectdermisuk
dc.subjectphotometric imagesuk
dc.subjectметод Монте-Карлоuk
dc.subjectфактор анизотропии рассеянияuk
dc.subjectиндикатриса рассеянияuk
dc.subjectпространственная фотометрияuk
dc.subjectэллипсоидальные рефлекторыuk
dc.subjectэпидермисuk
dc.subjectдермаuk
dc.subjectфотометрические изображенияuk
dc.subject.udc535.2:616-71uk
dc.titleМонте-карло симуляція світлорозсіяння шарами шкіри людини методами просторової фотометріїuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
VKPI-sPr_2021-61_p91-100.pdf
Розмір:
951.2 KB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Вісник КПІ. Серія Приладобудування: збірник наукових праць, Вип. 61(1)