УДК: 535.361.22

Переменное кровенаполнение биоткани как источник шума во входном оптическом сигнале медицинского лазерного доплеровского флоуметра

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Лапитан Д.Г., Рогаткин Д.А. Переменное кровенаполнение биоткани как источник шума во входном оптическом сигнале медицинского лазерного доплеровского флоуметра // Оптический журнал. 2016. Т. 83. № 1. С. 48–56.

Lapitan D.G., Rogatkin D.A. Variable hyperemia of biological tissue as a noise source in the input optical signal of a medical laser Doppler flowmeter [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2016. V. 83. № 1. P. 48–56.

Ссылка на англоязычную версию:

D. G. Lapitan and D. A. Rogatkin, "Variable hyperemia of biological tissue as a noise source in the input optical signal of a medical laser Doppler flowmeter," Journal of Optical Technology. 83(1), 36-42 (2016). https://doi.org/10.1364/JOT.83.000036

Аннотация:

В приложении к задачам медицинской лазерной доплеровской флоуметрии на основе модифицированной двухпотоковой модели Кубелки–Мунка получены аналитические выражения мощности обратно рассеянного излучения биологической тканью с учетом переменного кровенаполнения ее микроциркуляторного русла. Проведена оценка вклада мощности доплеровской составляющей потока, возникающего при рассеянии света на движущихся эритроцитах крови, в общий регистрируемый прибором сигнал обратно рассеянного излучения. Показано, что вклад мощности доплеровской компоненты в общем обратно рассеянном потоке излучения составляет в среднем не более 5%. Переменное кровенаполнение вследствие разных физиологических процессов вызывает амплитудную модуляцию регистрируемого доплеровским флоуметром потока излучения. Мощность амплитудно-модулированной компоненты может быть одного порядка, а в некоторых случаях даже больше мощности полезного доплеровского сигнала, создавая шум во входном сигнале прибора.

Ключевые слова:

лазерная доплеровская флоуметрия, подход Кубелки–Мунка, кровенаполнение, обратное рассеяние, биоткань, доплеровская компонента, амплитудная модуляция

Коды OCIS: 170.3660, 170.6510, 170.7050, 290.1350, 170.3340

Список источников:

1. Dunaev A.V., Zherebtsov E.A., Rogatkin D.A., Stewart N.A., Sokolovski E.U. Substantiation of medical and technical requirements for noninvasive spectrophotometric diagnostic devices // J. Biomed. Optics. 2013. V. 18. № 10. P. 107009-1–107009-7.
2. Lapitan D.G., Rogatkin D.A. Evaluation of the Doppler component contribution in the total backscattered flux for noninvasive medical spectroscopy // Proc. SPIE. 2014. V. 9129. P. 91292X-1–91292X-8.
3. Rajan V., Varghese B., Leeuwen T.G., Steenbergen W. Review of methodological developments in laser Doppler flowmetry // Lasers Med. Sci. 2009. V. 29. P. 269–283.
4. Bonner R.F., Nossal R. Model for laser Doppler measurements of blood flow in tissue // Appl. Opt. 1981. V. 20. P. 2097–2107.
5. Tuchin V.V. Handbook of Optical Biomedical Diagnostics. Bellingham: SPIE Press, 2002. 1110 p.
6. Рогаткин Д.А. Об особенности в определении оптических свойств мутных биологических тканей и сред в расчетных задачах медицинской неинвазивной спектрофотометрии // Медицинская техника. 2007. № 2. С. 10–16.
7. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Т. 1. М.: Мир, 1981. 280 с.
8. Рогаткин Д.А. Физические основы оптической оксиметрии // Медицинская физика. 2012. № 2. С. 97–114.
9. Dmitriev M.A., Feducova M.V., Rogatkin D.A. On one simple backscattering task of the general light scattering theory // Proc. SPIE. 2004. V. 5475. P. 115–122.
10. Saidi I.S. Transcutaneous optical measurement of hyperbilirubinemia in neonates // Doctor of Philosophy dissertation. Houston: Rice University, 1992. 234 p.
11. Крепс Е. Оксигемометрия. М.: Медицина, 1978. 212 с.

12. Rogatkin D.A., Lapaeva L.G., Petritskaya E.N., Sidorov V.V., Shumskiy V.I. Multifunctional laser noninvasive spectroscopic system for medical diagnostics and metrological provisions for that // Proc. SPIE. 2009. V. 7368. P. 73681Y-1–73681Y-7.
13. Meglinski I.V., Matcher S.J. Quantitative assessment of skin layers absorption and skin reflectance spectra simulation in the visible and near-infrared spectral regions // Physiol. Meas. 2002. V. 23. № 4. P. 741–753.
14. Dunaev A.V., Sidorov V.V., Stewart N.A., Sokolovski S.G., Rafailov E.U. Laser reflectance oximetry and Doppler flowmetry in assessment of complex physiological parameters of cutaneous blood microcirculation // Proc. SPIE. 2013. V. 8572. P. 857205-1–857205-9.
15. Rogatkin D., Shumskiy V., Tereshenko S., Polyakov P. Laser-based non-invasive spectrophotometry – an overview of possible medical application // Photonics & Laser in Medicine. 2013. V. 2. № 3. P. 225–240.
16. Старухин П.Ю., Клинаев Ю.В. Моделирование доплеровского уширения спектра рассеянного лазерного излучения и диагностика кровотока в биологических тканях // Вестник Саратовского государственного технического университета. 2010. Т. 4. № 1. С. 28–35.