УДК535.3, 519.85

ПРОСТРАНСТВЕННО-СЕЛЕКТИВНАЯ СПЕКЛ-КОРРЕЛОМЕТРИЯ СЛУЧАЙНО-НЕОДНОРОДНЫХ СРЕД: РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Исаева А.А., Неустроев А.В.


Читать статью полностью 
Язык статьи - Русский


Аннотация
Представлены результаты численного моделирования методом Монте-Карло переноса излучения в средах со сложной структурой и динамикой с использованием оригинального подхода спекл-коррелометрии на основе использования локализованного источника излучения и приемника излучения с кольцевой апертурой. В качестве модельных сред рассматривались «динамические» протяженные объекты с различной геометрией и локализацией в «статическом» однородном слое, имитирующие биологические структуры с различными характеристиками микроциркуляции крови. Получены оценки коэффициента обратного рассеяния модельной среды, оцениваемого как отношение «динамических» парциальных составляющих обратно рассеянного поля к полному рассеянному полю. При этом и «динамические» парциальные составляющие обратно рассеянного поля, и полное рассеянное поле регистрируются детектором с заданным набором значений радиусов кольцевых апертур. В результате анализа зависимости коэффициентов обратного рассеяния от радиусов кольцевых детекторов были определены глубины залегания «динамического» протяженного объекта для различных случаев глубины локализации объекта. Также показано, что зависимости коэффициента обратного рассеяния от радиуса кольцевого приемника излучения для сред с различными оптическими свойствами и содержащими «динамический» объект с различными геометрическими размерами могут быть описаны δ-функцией, а наблюдаемый сдвиг пикового значения может быть обусловлен изменением показателя анизотропии рассеяния.

Ключевые слова: рассеяние, лазерное излучение, спеклы, модельные среды

Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации.

Список литературы
1. Briers J.D. Webster S. Laser speckle contrast analysis (LASCA): a nonscanning, full-field technique for monitoring capillary blood flow // Journal of Biomedical Optics. 1996. V. 1. N 2. P. 174−179.
2. Briers J.D. Laser Doppler and time-varying speckle: a reconciliation // Journal of Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 1996. V. 13. N 2. P. 345−350.
3. Richards G. and Briers J.D. Capillary blood flow monitoring using laser speckle contrast analysis (LASCA): improving the dynamic range // Proc. of SPIE. 1997. V. 2981. P. 160−171.
4. Зимняков Д.А., Хмара М.Б., Виленский М.А., Козлов В.В., Садовой А.В., Горфинкель И.В., Здражевский Р.А., Исаева А.А. Спекл-корреляционный мониторинг микрогемодинамики внутренних органов // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107. № 6. С. 941−947.
5. Skipetrov S.E., Maynard R. Dynamic multiple scattering of light in multilayer turbid media // Physics Letters, Section A: General, Atomic and Solid State Physics. 1996. V. 217. N 2–3. P. 181−185.
6. Boas D.A., Dunn A.K. Laser speckle contrast imaging in biomedical optics // Journal of Biomedical Optics. 2010. V. 15. N 1. Art. 011109.
7. Виленский М.А., Агафонов Д.Н., Зимняков Д.А., Тучин В.В., Здражевский Р.А. Спекл-корреляционный анализ микрокапиллярного кровотока ногтевого ложа // Квантовая электроника.
2011. Т. 41. № 4. С. 324–328. Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics 2014, № 6 (94) 34
8. Roustit M., Millet C., Blaise S., Dufournet B., Cracowski J.L. Excellent reproducibility of laser speckle contrast imaging to assess skin microvascular reactivity // Microvascular Research. 2010. V. 80. N 3. P. 505–511.
9. Зимняков Д.А., Свиридов А.П., Кузнецова Л.В., Баранов С.А., Игнатьева Н.Ю., Лунин В.В. Анализ кинетики термической модификации биотканей методом спекл-коррелометрии // Журнал физической химии. 2007. Т. 81. № 4. C. 725–731.
10. Зимняков Д.А., Садовой А.В., Виленский М.А., Захаров П.В., Миллюля Р. Критическое поведение границ раздела фаз в пористых средах: анализ масштабных свойств с использованием некогерентного и когерентного света // Журнал экспериментальной и теоретической физики. 2009. Т. 135. № 2. С. 351–368.
11. Boas D.A., Yodh A.G. Spatially varying dynamical properties of turbid media probed with diffusing temporal light correlation // Journal of Optical Society of America A: Optics and Image Science, and Vision. 1997. V. 14. N 1. P. 192–215.
12. Lemieux P.-A., Vera M.U., Durian D.J. Diffusing-light spectroscopies beyond the diffusion limit: the role of ballistic transport and anisotropic scattering // Physical Review E. 1998. V. 57. N 4. P. 4498–4515.
13. Зимняков Д.А., Исаева А.А., Исаева Е.А., Ушакова О.В., Здражевский Р.А. О спекл-коррелометрическом методе оценки транспортного коэффициента рассеяния случайнонеоднородных сред // Письма в журнал технической физики. 2012. Т. 38. № 20. С. 43–49.
14. Wang L., Jacques S.L., Zheng L. MCML-Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues // Computer Methods and Programs in Biomedicine. 1995. V. 47. N 2. P. 131–146.
15. Воробьева Е.А., Гуров И.П. Модели распространения и рассеяния оптического излучения в случайно-неоднородных средах. В кн. Проблемы когерентной и нелинейной оптики / Под ред. И.П. Гурова, С.А. Козлова. СПб.: СПб ГИТМО (ТУ), 2006. С. 82–98.
16. Kuzmin V.L., Meglinski I.V. Coherent multiple scattering effects and Monte Carlo method // JETP Letters. 2004. V. 79. N 3. P. 109–112.
17. Berrocal E., Sedarsky D.L., Paciaroni M.E., Meglinski I.V., Linne M.A. Laser light scattering in turbid media Part I: Experimental and simulated results for the spatial intensity distribution // Optics Express. 2007. V. 15. N 17. P. 10649–10665.
18. Feng S., Zeng F.-A., Chance B. Photon migration in the presence of a single defect: a perturbation analysis // Applied Optics. 1995. V. 34. N 19. P. 3826–3837.
19. Isaeva A.A., Zimnyakov D.A. Full-field speckle analysis of spatially heterogeneous scatter dynamics with the improved depth resolution in stratified random media // Proc. of SPIE. 2011. V. 8338. Art. 83380Y1.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2019 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика