Неинвазивная оптико–физическая диагностика биообъектов (теоретические аспекты)

Авторы

  • М. М. Кугейко Бeлорусский государственный университет

Ключевые слова:

оптическая диагностика, биообъекты, спектроскопия диффузного отражения, теория переноса, обратные задачи, регрессионный подход для обратных задач, фотодинамическая терапия, персонифицированная фототерапия

Аннотация

В обзоре рассмотрены возможности оптической диагностики биологических объектов и послойной дозиметрии в них лазерного излучения, включающие: разработку быстрых и высокоточных методов расчёта пространственной освещенности в биологических объектах и потоков многократно рассеянного ими излучения; решение обратных задач оптики биотканей на основе устойчивых регрессионных соотношений между параметрами тканей и спектрально-пространственными характеристиками их обратного рассеяния, а также спектральными характеристиками их изображений; разработку методов диагностики параметров тканей и крови человека; разработку подходов к неинвазивному определению спектров действия света на хромофоры ткани и контролю эффективности фотоиндуцированных процессов в ткани при лазерной терапии ...

Библиографические ссылки

Зуев В. Е., Наац И. Э. Обратные задачи лазерного зондирования атмосферы. Новосибирск: Наука, 1992. 240 с.

Тихонов А. Н., Арсенин В. Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1974. 509 с

Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Под ред. Марчука. Новосибирск: Наука, 1971. 296 с.

Иванов А. П., Дик В. П., Барун В. В. Малогабаритный спектрофотометр для диагностики параметров биотканей и гуморальных сред // сборник науч. трудов VIII Международной научной конференции «Лазерная физика и оптические технологии», (Минск, 27–30 сентября 2010 г.). Минск, 2010. Т. 1. С. 271–275.

Yudovsky D., Pilon L. Retrieving skin properties from in vivo spectral reflectance measurements // J. Biophotonics. 2011. Vol. 4, № 5. P. 305–314.

Patent US 5,353,790. Method and apparatus for optical measurement of bilirubin in tissue: A61N5/06, G01N21/47 / S. L. Jacques, D. G. Oelberg, I. Saidi; applicant of invention: Board Of Regents, The University Of Texas System – № US 07/822,461; claimed 17.01.1992; published 11.10.1994.

G. Zonios [et. al.]. Diffuse reflectance spectroscopy of human adenomatous colon polyps in vivo // Appl. Opt. 1999. Vol. 38, № 31. P. 6628–6637.

Johns M., Giller С., Liu H. Determination of hemoglobin oxygen saturation from turbid media using reflectance spectroscopy with small source-detector separation // Appl. Spectroscopy. 2001. Vol. 55, № 12. P. 1686–1694.

Dam J. S. [et. al.]. Fiber-optic probe for noninvasive real-time determination of tissue optical properties at multiple wavelengths // Appl. Opt. 2001. Vol. 40, № 7. P. 1155–1164.

Ghosh N. [et. al.] Measurement of optical transport properties of normal and malignant human breast tissue // Appl. Opt. 2001. Vol. 40, № 1. P. 176–184.

Bargo P. R. [et. al.]. In vivo determination of optical properties of normal and tumor tissue with white light reflectance and an empirical light transport model during endoscopy // J. Biomed. Opt. 2005. Vol. 10, № 3. P. 1–15.

Palmer G. M., Ramanujam N. Monte-Carlo based inverse model for calculating tissue optical properties. Part I: Theory and validation on synthetic phantoms // Appl. Opt. 2006. Vol. 45, № 5. P. 1062–1071.

Patent № US 2009/0270702 A1. Method and apparatus for measuring cancerous changes from reflectance spectral measurements obtained during endoscopic imaging. A61B 5/1455, A61B 6/00 / H. Zeng, Y. S. Fawzy; applicant of invention: S. L. Jacques, D. G. Oelberg, I. Saidi – № US 11/722,822; claimed 20.01.2006; published 29.10.2009.

Zonios G. A., Dimou A.. Modeling diffuse reflectance from semi-infinite turbid media: application to the study of skin optical properties // Optics Express. 2006. Vol. 14, № 19. P. 8661–8674.

Bevilacqua F. [et. al.] In vivo local determination of tissue optical properties: applications to human brain // Appl. Opt. 1999. Vol. 38, № 22. P. 4939–4950.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод неинвазивного определения содержания гемоглобина в биологических тканях // Журнал прикладной спектроскопии. 2012. Т. 79, № 4. С. 656–662.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод неинвазивного определения оптических и микрофизических параметров кожи человека // Измерительная техника. 2013. № 1. С. 68–73.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Оперативное определение биофизических параметров слизистых оболочек организма человека // Квантовая электроника. 2013. Т. 43, № 7. С. 683–689.

Пат. № 2510506 РФ. МПК G01N 33/483 (2006.01), G01N 21/01 Способ определения оптических и биофизических параметров биоткани. / С. А. Лысенко, М. М. Кугейко; заявитель Белорус. гос. ун-т. – № а.с. 2012116721; заявл. 24.04.2012; зарегистрирован в Гос. реестре изобретений РФ 27.03.2014, Бюл. № 9.

Pham T. H. [et. al.]. Quantifying the absorption and reduced scattering coefficients of tissue-like turbid media over a broad spectral range using non-contact Fourier transform hyperspectral imaging // Appl. Opt. 2000. Vol. 39, № 34. P. 6487–6497.

Кугейко М. М., Лысенко С. А. Лазерная спектронефелометрия аэродисперсных сред . Минск: БГУ, 2012. 208 с.

Лысенко С. А. Методы оптической диагностики биологических объектов. Минск: БГУ, 2014. 250 с.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Оперативное определение биофизических параметров слизистых оболочек организма человека // Квантовая электроника. 2013. Т. 43. № 7. С. 683–689.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод неинвазивного определения содержания гемоглобина в биологических тканях // Журнал прикладной спектроскопии. 2012. Т. 79, № 4. С. 656–662.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Неинвазивная диагностика микрофизических параметров кожи на основе спектроскопии диффузного отражения с пространственным разрешением // Журнал прикладной спектроскопии. 2012. Т. 79, № 6. С. 932–941.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод неинвазивного определения оптических и микрофизических параметров кожи человека // Измерительная техника. 2013. № 1. С. 68–73.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Неинвазивная диагностика микрофизических параметров кожи на основе спектроскопии диффузного отражения с пространственным разрешением // Журнал прикладной спектроскопии. 2012. Т. 79, № 6. С. 932–941.

Кугейко М. М., Лысенко С. А. Определение показателя преломления эритроцитов крови человека по результатам нефелометрических измерений оптических характеристика // Измерительная техника. 2007. № 12. C. 52–56.

Кугейко М. М., Лысенко С. А. Определение показателя преломления сферизованных эритроцитов крови человека в спектральном интервале 0,3 – 1,2 мкм. // Журнал прикладной спектроскопии. 2007. Т. 74, № 3. С. 386–390.

Кугейко М. М., Лысенко С. А. Определение микрофизических параметров эритроцитов крови человека по рассеянию лазерного излучения // Журнал прикладной спектроскопии. 2007. Т. 74, № 5. С. 652–658.

Кугейко М. М., Лысенко С. А. Определение гематокрита крови человека по спектральным значениям коэффициентов ослабления и малоуглового рассеяния // Оптика и спектроскопия. 2008. Т. 104, № 4. С. 699–703.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Регрессионный подход к анализу информативности и интерпретации данных аэрозольных оптических измерений // Журнал прикладной спектроскопии. 2009. Т. 76, № 6. С. 876–883.

Кугейко М. М., Лысенко С. А. Определение интегральных микрофизических параметров многокомпонентных аэрозолей по данным зондирования атмосферы локационными системами на основе Nd:YAG–лазера // Оптика и спектроскопия. 2009. Т. 107, № 1. С. 166–172.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Методика определения концентрации респирабельной фракции атмосферного аэрозоля по данным трехчастотного лидарного зондирования // Оптика атмосферы и океана. 2010. Т. 23, № 2. С. 149–155.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Методика восстановления высотного распределения массовой концентрации аэрозоля в атмосфере из результатов лидарного зондирования на длинах волн Nd:YAG лазера // Оптика и спектр. 2010. Т. 109, № 6. С. 1212–1220.

Лысенко С.А., Кугейко М.М. Восстановление оптических и микрофизических характеристик поствулканического стратосферного аэрозоля из результатов трехчастотного лидарного зондирования // Оптика атмосферы и океана. 2011. Т. 24, № 4. С. 308–318.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод определения концентраций пигментов кожи по ее мультиспектральным изображениям // Измерительная техника. 2013. № 6. С. 67–72.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Количественная мультиспектральная эндоскопия слизистых оболочек // Измерительная техника. 2013. № 11. С. 68–73.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод оперативной количественной интерпретации мультиспектральных изображений биологических тканей // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 115, № 4. С. 148–157.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Оперативный количественный анализ мультиспектральных изображений тканей организма человека // Квантовая электроника. 2013. Т. 43, № 8. С. 777–784.

Farrell T. J. M., Patterson S., Wilson B. C. A diffusion theory model of spatially resolved, steady-state diffuse reflectance for the noninvasive determination of tissue optical properties in vivo // Med. Phys. 1992. Vol. 19, № 4. P. 879–888.

Wang L., Jacques S. L., Zheng L. MCML – Monte Carlo modeling of photon transport in multi-layered tissues // Computers Methods and Programs in Biomedicine. 1995. № 47. P. 131–146.

Pham T. H. [et. al.] Quantifying the absorption and reduced scattering coefficients of tissue-like turbid media over a broad spectral range using non-contact Fourier transform hyperspectral imaging // Appl. Opt. 2000. Vol. 39, № 34. P. 6487–6497.

Pham T. H. [et. al.] Quantifying the absorption and reduced scattering coefficients of tissue-like turbid media over a broad spectral range using non-contact Fourier transform hyperspectral imaging // Appl. Opt. 2000. Vol. 39, № 34. P. 6487–6497.

Amelink A. [et. al.]. Singlescattering spectroscopy for the endoscopic analysis of particle size in superficial layers of turbid media // Appl. Opt. 2003. Vol. 42, № 19. P. 4095–4101.

Egan W. G., Hilgerman T. W., Reichman J. Determination of absorption and scattering coefficients for nonhomogeneous media // Appl. Opt. 1973. Vol. 12, № 8. P. 1816–1823.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Экспресс анализ гемоглобинов цельной крови методом светорассеяния // Журнал прикладной спектроскопии. 2013: Т. 80, № 3. С. 432–441.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Количественная мультиспектральная эндоскопия слизистых оболочек. Измерительная техника. 2013: 11; 68–73.

Кугейко М.М., Лысенко С.А. Определение спектральных значений показателя преломления эритроцитов крови человека в интервале 0,3 – 1,2 мкм // Медэлектроника-2007: сб. материалов V Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 12–13 декабря 2007 г. / Белорус. госуд. ун-т информатики и радиоэлектроники; редкол.: С. К. Дик [и др.]. Минск, 2007. С. 85–88.

Лысенко С. А., Кугейко М. М., Фираго В. А., Собчук А. Н. Неинзвазивный экспресс-анализ содержания гемоглобинов в крови с использованием оптоволоконного спектрофотометра // Журнал прикладной спектроскопии. 2014. Т. 81, № 1. С. 128–136.

Лысенко С. А., Кугейко М. М., Фираго В. А., Собчук А. Н. Аналитическая модель спектра диффузного отражения кожной ткани // Квантовая электроника. 2014. Т. 44, № 1. С. 69–75.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Определение компонентного состава гемоглобина и структурно-морфологических параметров кожи на основе аппроксимирующих функций для потоков обратно рассеянного кожей излучения // Журнал прикладной спектроскопии. 2014. Т. 81, № 3. С. 418–425.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Бесконтактная диагностика биопараметров кожи и крови на основе аппроксимирующих функций для потоков рассеянного кожей излучения // Квантовая электроника. 2014. Т. 44, № 3. С. 252–258.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод получения двумерных распределений гемоглобина и макулярного пигмента в сетчатке по мультиспектральным изображениям глазного дна // Медэлектроника–2014: Средства медицинской электроники и новые медицинские технологии: cб. научных статей VIII Междунар. науч.-технич. конф., Минск, 10–11 декабря, 2014 г. / Белорус. госуд. ун-т информатики и радиоэлектроники; редкол.: С. К. Дик [и др.]. Минск, 2014. С. 255–258.

Асимов М. М., Королевич А. Н.,. Константинова Е. Э. Кинетика оксигенации кожной ткани под воздействием низкоинтенсивного лазерного излучения // Журнал прикладной спектроскопии. 2007. Т. 74, № 1. С. 120–125.

Стратонников А. А. [и др.]. Использование спектроскопии обратного диффузного отражения света для мониторинга состояния тканей при фотодинамической терапии // Квантовая электроника. 2006. T. 36, № 12. С. 1103–1110.

Асимов М. М., Асимов Р. М., Рубинов А. Н. Новый метод определения индивидуального биологического отклика и эффективности терапевтического действия оптического излучения при лазерной фототерапии // Фотобиология и фотомедицина. 2009. Т. 2, № 3. С. 112–119.

Li B., Qiua Z., Huang Z. Advanced optical techniques for monitoring dosimetric parameters in photodynamic therapy // Proc. SPIE. 2012. Vol. 8553. P. 1–9.

Самцов М. П. [и др.] Флуоресценция фотосенсибилизатора на основе индотрикарбоцианинового красителя при фотохимиотерапии // Журнал прикладной спектроскопии. 2011. Т. 78, № 1. С. 121–127.

Барун В. В., Иванов А. П. Глубинные распределения спектров действия света для хромофоров кожи // Журнал прикладной спектроскопии. 2010. Т. 77, № 1. С. 82–88.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод определения индивидуальной дозы облучения при лазерной терапии // Электроника-инфо. 2012. № 8. С. 108–112.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод расчёта характеристик световых полей в задачах оптической диагностики и персонифицированной терапии биологических тканей // Журнал прикладной спектроскопии. 2013. Т. 80, № 2. С. 273–280.

Лысенко С. А., Кугейко М. М., Лисенкова А. М. Неинвазивное определение спектральной глубины проникновения света в кожу // Оптика и спектроскопия. 2013. Т. 115, № 5. С. 184–191.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод оценки оптимальных спектральных и энергетических параметров лазерного воздействия при фотодинамической терапии биоткани // Квантовая электроника. 2015. Т. 45, № 4. С. 358–365.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Метод оценки эффективности изомеризации билирубина при фототерапии неонатальной желтухи // Журнал прикладной спектроскопии. 2014. Т. 81, № 5. С. 761–769

Лысенко С. А., Кугейко М. М., Лисенкова А. М., Фираго В. А., Железнякова Т. А. Методика контроля эффективности фототерапии биотканей // Вест. Белорусскрн государмтвенного университета. Сер. 1, Физика. Математика. Информатика. 2014. № 3. С. 52–56.

Лысенко С. А., Кугейко М. М. Персонифицированная лазерная терапия биотканей. Сб. научных статей VII междунар. науч.-технич. конф., // Медэлектроника–2012: Средства медицинской электроники и новые медицинские технологии: cб. научных статей VIII Междунар. науч.-технич. конф., Минск, 10–11 декабря, 2012 г. / Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники; редкол.: С. К. Дик [и др.]. – Минск, 2012. С. 177–179.

Кугейко М. М., Лысенко С. А. Способ определения скорости трансформации токсичного билирубина в фотоизомер люмирубин. Материалы 5 Междунар. конференции «Прикладные проблемы оптики, информатики, радиофизики и физики конденсированного состояния» (Минск, 20–21 мая, 2019 г.). Белорусский государственный университет. С. 52 –54.

Кугейко М. М., Лысенко С. А. Определение скорости трансформации токсичного билирубина в фотоизомер люмирубин. Материалы 12-й Международной научно-технической конференции по квантовой электронике –КЭ'2019. (Минск, 18–22 ноября 2019 года). С. 284–285.

Евразийский патент № 031413. B1 A61N 5/06 (2006.01) A61B 5/1455. Способ определения скорости трансформации токсичного билирубина в нетоксичный и водорастворимый фотоизомер люмирубин // Кугейко М. М., Лысенко С. А. Заявитель и патентообладатель Белорусский государственный университет. Заявл. 16.04.2015; опубл. 28.12.2018. Бюл. № 27.

Пат. № 2506567, Российская Федерация. МПК G01N 21/31 (2006.01), A61B 5/1455. Способ определения концентрации хромофоров биологической ткани / С. А. Лысенко, М. М. Кугейко, В. А. Фираго, А. И. Кубарко; Заявитель и патентообладатель Белорусский государственный университет. Заявл. 01.08.2012, опубл. 10.02.2014. Бюл. № 4.

Загрузки

Опубликован

2022-05-27

Как цитировать

Кугейко, М. М. . (2022). Неинвазивная оптико–физическая диагностика биообъектов (теоретические аспекты). Лазеры. Измерения. Информация, 2(1), 026-046. извлечено от https://lasers-measurement-information.ru/ojs/index.php/laser/article/view/32

Выпуск

Раздел

Лазерные и оптические измерения