Claims (7)
1. Способ определения оптических и биофизических параметров биоткани и устройство для его реализации путем посылки излучения на биоткань, измерения диффузного отражения от биоткани, в том числе посредством системы визуализации, и определения параметров биоткани на основе использования предопределенных аналитических выражений, отличающийся тем, что посылку излучения на биоткань в одну или несколько точек осуществляют в диапазоне длин волн λ от 350 до 1600 нм, измеряют диффузное отражение на длинах волн посылаемого излучения для каждой из точек освещения, определяют спектрально-пространственные профили коэффициента диффузного отражения R(L,λ)=P(L,λ)/(P0(λ)A(L,λ)) или профили r(L,λ)=R(L,λ)/R(L0,λ), где L - расстояния между точками освещения и регистрации диффузного отражения, L0 - одно из этих расстояний, P0(λ) - мощность посылаемого света, P(L,λ) - мощность регистрируемого излучения, A(L,λ) - аппаратурная константа, а количественные значения оптических и биофизических параметров определяют на основе предопределенных аналитических выражений, связывающих данные параметры с профилями R(L,λ) и r(L,λ).1. A method for determining the optical and biophysical parameters of a biological tissue and a device for its implementation by sending radiation to a biological tissue, measuring diffuse reflection from a biological tissue, including by means of a visualization system, and determining a biological tissue using predefined analytical expressions, characterized in that the radiation on biological tissue at one or more points is carried out in the wavelength range λ from 350 to 1600 nm, diffuse reflection is measured at the wavelengths of the radiation emitted for each of t light points, determine the spectral-spatial profiles of the diffuse reflection coefficient R (L, λ) = P (L, λ) / (P 0 (λ) A (L, λ)) or the profiles r (L, λ) = R (L , λ) / R (L 0 , λ), where L are the distances between the points of illumination and the registration of diffuse reflection, L 0 is one of these distances, P 0 (λ) is the power of the light sent, P (L, λ) is the power of the detected radiation, A (L, λ) is the hardware constant, and the quantitative values of the optical and biophysical parameters are determined on the basis of predefined analytical expressions connecting these parameters with the profiles R (L, λ) and r (L, λ).
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве образца биоткани используют кожу, молочную железу, слизистую оболочку полости рта, пищевода, органов желудочно-кишечного тракта и легких как in vivo, так и ех vivo.2. The method according to claim 1, characterized in that the skin, the mammary gland, the mucous membrane of the oral cavity, esophagus, organs of the gastrointestinal tract and lungs are used as a sample of biological tissue, both in vivo and ex vivo.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что определяют такие оптические параметры биоткани как объемный коэффициент поглощения, редуцированный коэффициент рассеяния, фактор анизотропии рассеяния, и такие биофизические параметры как объемная концентрация меланина, интегральное содержание меланина в эпидермисе, концентрация общего гемоглобина, насыщение гемоглобина кислородом, концентрация билирубина, средний диаметр и объемная концентрация капилляров с кровью, размер эффективных рассеивателей ткани, содержание воды в биоткани.3. The method according to claim 1, characterized in that such optical parameters of biological tissue as volume absorption coefficient, reduced scattering coefficient, scattering anisotropy factor, and such biophysical parameters as volume concentration of melanin, integral melanin content in the epidermis, total hemoglobin concentration, saturation are determined hemoglobin with oxygen, the concentration of bilirubin, the average diameter and volume concentration of capillaries with blood, the size of effective tissue scatters, the water content in biological tissue.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что коэффициенты диффузного отражения определяют или на характеристических длинах волн спектров поглощения и рассеяния компонентов исследуемой биоткани, или же во всем диапазоне посылаемого излучения с последующей интерполяцией или экстраполяцией полученных коэффициентов R(L,λ) и r(L,λ) к длинам волн, соответствующим аналитическим выражениям, на основе которых осуществляется переход от R(L,λ) и r(L,λ) к определяемым параметрам биоткани.4. The method according to claim 1, characterized in that the diffuse reflection coefficients are determined either on the characteristic wavelengths of the absorption and scattering spectra of the components of the biological tissue under study, or in the entire range of the radiation emitted, followed by interpolation or extrapolation of the obtained coefficients R (L, λ) and r (L, λ) to the wavelengths corresponding to the analytical expressions on the basis of which the transition from R (L, λ) and r (L, λ) to the determined parameters of the biological tissue is carried out.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что предопределенные аналитические выражения получают путем измерения или расчета методом Монте-Карло коэффициентов диффузного отражения для множества образцов биоткани или моделирующих ее фантомов с известными оптическими и биофизическими параметрами, накопления ансамбля реализации оптических и биофизических параметров биоткани и соответствующих им спектрально-пространственных профилей R(L,λ), r(L,λ) и использования регрессионного анализа полученного ансамбля реализации.5. The method according to claim 1, characterized in that the predetermined analytical expressions are obtained by measuring or calculating by the Monte Carlo method diffuse reflectance coefficients for a variety of biological tissue samples or phantoms modeling it with known optical and biophysical parameters, accumulating an ensemble of optical and biophysical parameters of the biological tissue and their corresponding spectral-spatial profiles R (L, λ), r (L, λ) and the use of regression analysis of the ensemble of implementation.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что рассчитывают собственные векторы vn (n=1, …, NL·Nλ) ковариационных матриц R(L,λ) и r(L,λ), определяют коэффициенты разложения ξn всех реализации профилей R(L,λ) и r(L,λ) по соответствующим им собственным векторам vn, а предопределенные аналитические выражения получают на основе регрессионного анализа ансамбля реализации коэффициентов ξn и соответствующих им оптических и биофизических параметров.6. The method according to claim 5, characterized in that the eigenvectors v n (n = 1, ..., N L · N λ ) of the covariance matrices R (L, λ) and r (L, λ) are calculated, and the expansion coefficients ξ n of all implementations of the profiles R (L, λ) and r (L, λ) according to their eigenvectors v n , and predefined analytical expressions are obtained on the basis of regression analysis of the ensemble of realization of the coefficients ξ n and the corresponding optical and biophysical parameters.
7. Устройство для определения оптических и биофизических параметров биоткани, состоящее из блока светового излучения, оптоволоконного зонда или светопередающей оптики, монохроматора, спектрометра, устройств регистрации и обработки измерительной информации, отличающееся тем, что блок светового излучения выполнен с возможностью посылки света в диапазоне длин волн от 350 до 1600 нм, оптоволоконный зонд, светопередающая оптика, монохроматор, спектрометр и устройство регистрации сконфигурированы так, что позволяют получать спектрально-пространственные профили диффузного отражения R(L,λ) или профили r(L,λ)=R(L,λ)/R(L0,λ) для каждой из точек освещения, где L - расстояния между точками освещения и регистрации диффузного отражения, L0 - одно из этих расстояний, а блок обработки измерительной информации выполнен с возможностью использования предопределенных аналитических выражений, связывающих оптические и биофизические параметры с профилями R(L,λ) и r(L,λ).
7. A device for determining the optical and biophysical parameters of biological tissue, consisting of a block of light radiation, a fiber optic probe or light-transmitting optics, a monochromator, spectrometer, devices for recording and processing measurement information, characterized in that the block of light radiation is configured to send light in the wavelength range from 350 to 1600 nm, an optical fiber probe, light-transmitting optics, a monochromator, a spectrometer, and a recording device are configured so that they can be spectrally simple anstvennye profiles diffuse reflectance R (L, λ) or profiles r (L, λ) = R (L, λ) / R (L 0, λ) for each of the light points, where L - distance between the points of illumination and registration diffuse reflection , L 0 is one of these distances, and the measuring information processing unit is configured to use predetermined analytical expressions linking the optical and biophysical parameters with the profiles R (L, λ) and r (L, λ).