Інформаційно-вимірювальна система для неінвазійної спектрофотометрії біотканин

Abstract

Метою дисертаційної роботи є застосування спектрофотометричного методу та інтегрувального резонатора як первинного перетворювача інформаційно-вимірювальної системи для неінвазійної діагностики біотканин, а також досконалення характеристик ІВС та вивчення спектральних закономірностей поверхневих патологій з її допомогою.

Диссертация посвящена вопросам разработки, исследования и использования спектрофо- тометрической информационно-измерительной системы для диагностики биотканей неинвазив- ным методом. Усовершенствовано метод диффузного излучения, который отличается тем, что для измерения спектрального значения интегрального коэффициента отражения используется вынос- ной зонд в виде интегрирующей сферы, который оптически связан с монохроматором через волоконно-оптический волновод. Разработано математическую модель трансформации излучения приповерхностным слоем биоткани как образца измерения, что позволяет учитывать рассеивающие эффекты и определить информативные характеристики за спектральными значениями интегрального коэффициента диффузного отражения. Усовершенствовано математическую модель трансформации излучения в сферическом первичном преобразователе, что дало возможность учесть теневые эффекты в зонде, а также опре- делить его оптимальные оптико-геометрические и энергетические характеристики. Это также при- вело к уменьшению общей погрешности до 4.8% для неивазивных измерений. Для формирования монохроматического пучка использовано новый способ формирования светового потока, который ограничивает его в вертикальной плоскости, что дает возможность повысить чистоту падающего на образец излучения и сократить инструментальную погрешность. Реализован новый метод неинвазивной спектрофотометрической диагностики поверхности биотканей с использованием выносного интегрирующего зонда. На его основе разработаны структурные схемы спектрофотометрической информационно-измерительной системы ІВССД-1, которые реализуют возможность работы с выносными первичными преобразователями в трех разных режимах. Отработаны методики инженерного проектирования подобных информационно-измерительных систем. При этом исследованы вопросы методик измерения коэффициента диффузного отражения и индикатрис рассеивания биотканей.

The thesis deals with development, analysis and use of the spectrophotometric informationmeasuring system for diagnostics of living tissue using non-invasive method. There has been improved the diffused beaming method, which is characterized by using an exterior probe optically connected with a monochromator by means of the fiber-optical wave-conductor to measure spectral values of integral factor. A mathematical model for transformation of radiation by near–surface layer of living tissue being a pattern for measuring has been developed. The model makes it possible to take into account dissipating effects and determine informative characteristics by spectral values of integral factor of diffuse reflection. A mathematical model for transformation of radiation in spherical sensing device has been improved. This allows to take into account shady effects in the probe as well as to determine optimum optical geometric and energetic characteristics. This enabled to decrease error to 4,8% for non-invasive measuring. There has been developed the patterns of information-measuring system. Errors of the measuring channel have been analyzed. Design engineering methods have been suggested. There has been conducted large quantity of experimental investigations using developed measuring system