DOI: 10.17586/2226-1494-2017-17-5-753-760


УДК535.513

ИССЛЕДОВАНИЕ КОЖНОГО ПОКРОВА МЕТОДОМ ЭЛЛИПСОМЕРИИ РАССЕНЯНИЯ



Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования: Булыкина А.Б., Рыжова В.А. Исследование кожного покрова методом эллипсометрии рассеяния // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2017. Т. 17. № 5. С. 753–760. doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-5-753-760

Аннотация

Показана возможность применения метода количественной эллипсометрии для исследований оптической анизотропии и структурной неоднородности кожного покрова invivo. Для описания поляризационных свойств деполяризующей оптически активной среды биоткани использована алгебра матриц Мюллера. На основе сравнительного анализа вариантов технических решений и особенностей их применения в экспериментах с биотканью разработан стенд для регистрации состояния поляризации рассеянного назад излучения. Предложено использовать в оптической схеме стенда излучающий канал эллипсометра ЛЭФ-3 для получения равномерного распределения интенсивности по сечению входного пучка излучения, а также для формирования необходимых для исследования состояний поляризации. Обоснован выбор длины волны источника излучения (He-Ne-лазер, 632 нм) из спектрального диапазона, при котором рассеяние излучения в мутных биологических средах преобладает над поглощением, что дает возможность изменить состояние поляризации выходного излучения, судить о структурных параметрах образца.Разработан приемный канал анализатора состояния поляризации выходного излучения, содержащий видеоинформационный блок на основе цветного матричного сенсора с единым полем анализа для дальнейших многоспектральных исследований поверхностной структуры кожного покрова. Предложена методика эллипсометрического исследования кожи, основанная на визуализации распределения параметров состояния поляризации по сечению пучка выходного излучения и его последующем анализе. Составлен алгоритм и разработано программное обеспечение на объектно-ориентированном языке Pythonдля обработки изображений и расчета поляризационных характеристик образца. Получены распределения поляризационных характеристик для участка кожи, содержащего рубцовые образования, в режиме обратного рассеяния зондирующего лазерного излучения.


Ключевые слова: эллипсометрия рассеяния излучения, биологическая ткань, мутная рассеивающая среда, поляризация, поверхностная структура кожи, исследование кожи in vivo, видеоинформационный блок

Благодарности. Работа выполнена в рамках НИР 615868 «Исследование методов и принципов построения автоматизированных видеоинформационных систем для контроля качества продуктов, объектов, материалов».

Список литературы

 
1. Tuchin V.V. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis. 2nd ed. Bellingham: SPIE Press, 2007. V. 13. 825 p.
2. Jacques S.L., Ramella-Roman J.C., Lee K. Imaging skin pathology with polarized light // Journal of Biomedical Optics. 2002. V. 7. N 3. P. 329–340. doi: 10.1117/1.1484498
3. Утц С.Р., Решетникова Е.М., Алонова М.В. и др. Поляриметрический анализ сульфакрилатных отрывов эпидермиса как метод оптической биопсии // Саратовский научно-медицинский журнал. 2013. Т. 9. № 3. С. 540–543.
4. Ровира Р.У., Тужаньский С.Э., Савенков С.М., Павлов С.В. и др. Метод и поляриметрическая система локальной дифференциации патологий анизотропных биотканей // Physics and Engineering in Photobiology and Photomedicine. 2014. Т. 3. № 4. С. 112–120.
5. Бачинский В.Т. Перспективы применения лазерно-поляриметрических методов исследования биологических тканей в судебной медицине // Судебная медицина. 2016. Т. 2. № 3. С. 4–8. doi: 10.19048/2411-8729-2016-2-3--1
6. Altamura D. et al. Dermatoscopy of basal cell carcinoma: morphologic variability of global and local features and accuracy of diagnosis // Journal of the American Academy of Dermatology. 2010. V. 62. N 1. P. 67–75. doi: 10.1016/j.jaad.2009.05.035
7. Savenkov S.N. Mueller-matrix characterization of biological tissues // NATO Science for Peace and Security Series C: Environmental Security. 2011. P. 437–472. doi: 10.1007/978-94-007-1636-0_17
8. Du E., He H., Zen N. et al. Mueller matrix polarimetry for differentiating characteristic features of cancerous tissues // Journal of Biomedical Optics. 2014. V. 19. N 7. P. 076013. doi: 10.1117/1.jbo.19.7.076013
9. Ghassemi P., Miranbaygi M.H. Towards skin polarization characterization using polarimetric technique // Journal of Zhejiang University Science B. 2009. V. 10. N 8. P. 602–608. doi: 10.1631/jzus.b0920068
10. Sviridov A., Chernomordik V., Hassan M. et al. Intensity profiles of linearly polarized light backscattered from skin and tissue-like phantoms // Journal of Biomedical Optics. 2005. V. 10. N 1. P. 014012. doi: 10.1117/1.1854677
11. Batisse D., Bazin R., Baldeweck T. Influence of age on the wrinkling capacities of skin // Skin Research and Technology. 2002. V. 8. N 3. P. 148–154. doi: 10.1034/j.1600-0846.2002.10308.x
12. Ghosh N. et al. Mueller matrix decomposition for polarized light assessment of biological tissues // Journal of Biophotonics. 2009. V. 2. N 3. P. 145–156. doi: 10.1002/jbio.200810040
13. Yu-Da Chen et. al. Study of biological reaction in cancer cell with spectroscopic imaging ellipsometry // Nanoimaging and Nanospectroscopy IV. 2016. V. 9925. doi: 10.1117/12.2236288
14. Anderson R.R., Parrish J.A. Optical properties of human skin // The Science of Photomedicine. 1982. P. 147–194. doi: 10.1007/978-1-4684-8312-3_6
15. Simpson C.L., Patel D.M., Green K.J. Deconstructing the skin: cytoarchitectural determinants of epidermal morphogenesis // Nature Reviews Molecular Cell Biology. 2011. V. 12. N 9. P. 565–580. doi: 10.1038/nrm3175
16. Spivak A.V., Druzhina O.A., Sinichkin Yu.P., Yakovlev D.A. Single-polarizer method for measurement of polarization characteristics of incoherent backscattering from anisotropic media // Proc. SPIE. 2007. V. 6535. P. 653601. doi: 10.1117/12.753453
17. Ghosh N., Soni J., Wood M.F.G.., Wallenberg M.A., Vitkin I.A. Mueller matrix polarimetry for the characterization of complex random medium like biological tissues // Pramana. 2010. V. 75. N 6. P. 1071–1086. doi: 10.1007/s12043-010-0191-8
 

Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика