RU2012116721A - METHOD FOR DETERMINING OPTICAL AND BIOPHYSICAL PARAMETERS OF BIOTABLISH AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION - Google Patents

METHOD FOR DETERMINING OPTICAL AND BIOPHYSICAL PARAMETERS OF BIOTABLISH AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION Download PDF

Info

Publication number
RU2012116721A
RU2012116721A RU2012116721/15A RU2012116721A RU2012116721A RU 2012116721 A RU2012116721 A RU 2012116721A RU 2012116721/15 A RU2012116721/15 A RU 2012116721/15A RU 2012116721 A RU2012116721 A RU 2012116721A RU 2012116721 A RU2012116721 A RU 2012116721A
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
biological tissue
optical
profiles
parameters
diffuse reflection
Prior art date
Application number
RU2012116721/15A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2510506C2 (en
Inventor
Сергей Александрович Лысенко
Михаил Михайлович Кугейко
Original Assignee
Белорусский Государственный Университет (Бгу)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Белорусский Государственный Университет (Бгу) filed Critical Белорусский Государственный Университет (Бгу)
Priority to RU2012116721/15A priority Critical patent/RU2510506C2/en
Publication of RU2012116721A publication Critical patent/RU2012116721A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510506C2 publication Critical patent/RU2510506C2/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

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)/(P(λ)A(L,λ)) или профили r(L,λ)=R(L,λ)/R(L,λ), где L - расстояния между точками освещения и регистрации диффузного отражения, L- одно из этих расстояний, P(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).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.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, насы�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 (λ) A (L, λ)) or the profiles r (L, λ) = R (L, λ) / R (L, λ), where L is the distance between the points of illumination and the recording of diffuse reflection, L is one of these distances, P (λ) is the power of the light sent, P (L, λ) is the power of the detected radiation, A (L, λ) is a 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. The method according to claim 1, characterized in that the skin, mammary gland, mucous membrane of the oral cavity, esophagus, organs of the gastrointestinal tract and lungs both in vivo and ex vivo are used as a sample of biological tissue. 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, concentration of total hemoglobin, pumps are determined

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).
RU2012116721/15A 2012-04-24 2012-04-24 Method for determining optical and biophysical tissue parameters RU2510506C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012116721/15A RU2510506C2 (en) 2012-04-24 2012-04-24 Method for determining optical and biophysical tissue parameters

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012116721/15A RU2510506C2 (en) 2012-04-24 2012-04-24 Method for determining optical and biophysical tissue parameters

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012116721A true RU2012116721A (en) 2013-11-10
RU2510506C2 RU2510506C2 (en) 2014-03-27

Family

ID=49516463

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012116721/15A RU2510506C2 (en) 2012-04-24 2012-04-24 Method for determining optical and biophysical tissue parameters

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2510506C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110911007A (en) * 2019-12-29 2020-03-24 杭州科洛码光电科技有限公司 Biological tissue optical parameter reconstruction method based on imaging spectrometer
CN113959959A (en) * 2021-09-24 2022-01-21 株洲国创轨道科技有限公司 Method for measuring optical characteristic parameters of phase change material spectrum

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2622997C1 (en) * 2015-12-18 2017-06-21 Учреждение Образования "Белорусский Государственный Университет Информатики И Радиоэлектроники" Method for blood oxygenation measurement
RU2633494C2 (en) * 2016-01-22 2017-10-12 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н.Г. Чернышевского" Biosensor for non-invasive optical monitoring of biological tissues pathology
US10393652B2 (en) * 2016-01-26 2019-08-27 Tubitak Portable optical apparatus for diffuse reflectance spectroscopy
RU2770566C1 (en) * 2021-01-15 2022-04-18 ООО "НПП Волга" Method for non-invasive determination of the content of lipids in a person

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU4208U1 (en) * 1996-05-08 1997-06-16 МНИИ "Агат" BILIRUBINE CONTENT ANALYZER
RU2234242C2 (en) * 2002-03-19 2004-08-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Научно-исследовательский институт "Полюс" Method for determining biological tissue condition
RU2251963C2 (en) * 2003-08-01 2005-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "АЛМУС" Method for detecting physico-biological characteristics of skin

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110911007A (en) * 2019-12-29 2020-03-24 杭州科洛码光电科技有限公司 Biological tissue optical parameter reconstruction method based on imaging spectrometer
CN113959959A (en) * 2021-09-24 2022-01-21 株洲国创轨道科技有限公司 Method for measuring optical characteristic parameters of phase change material spectrum

Also Published As

Publication number Publication date
RU2510506C2 (en) 2014-03-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101399907B1 (en) Measuring tissue oxygenation
EP3094251B1 (en) Near-infrared spectroscopy and diffuse correlation spectroscopy device and methods
RU2562886C2 (en) Device and method for determination and monitoring of components or properties of measured medium, namely values of physiological blood indices
JP5642223B2 (en) Reflected light detection type skin fluorescence measuring device
RU2012116721A (en) METHOD FOR DETERMINING OPTICAL AND BIOPHYSICAL PARAMETERS OF BIOTABLISH AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
US20160146730A1 (en) Systems and methods for diagnosis of epithelial lesions
WO2011091280A2 (en) Methods and systems for analyte measurement
JPWO2007139192A1 (en) Optical measurement apparatus, optical measurement method, and storage medium storing optical measurement program
TW201430331A (en) Optical system for evaluating concentration and distribution of skin parameter and method thereof
WO2016180095A1 (en) Method for detecting, in noninvasive in-vivo manner, skin damage induced by ultraviolet light, and detection device thereof
Selifonov et al. Determination of the kinetic parameters of glycerol diffusion in the gingival and dentinal tissue of a human tooth using optical method: in vitro studies
JP6043276B2 (en) Scattering absorber measuring apparatus and scattering absorber measuring method
JP4052461B2 (en) Non-invasive measuring device for blood glucose level
KR20090036996A (en) Non-prick based glucose sensor combining transmittance and reflectance using single wavelength with diverse light sources
Kleshnin et al. A technique for measuring oxygen saturation in biological tissues based on diffuse optical spectroscopy
JPWO2019208561A1 (en) Blood concentration measuring method of blood components, blood concentration measuring device and program
Masoumi et al. Estimation of beta-carotene using calibrated reflection spectroscopy method: phantom study
TWI588492B (en) Near-field array detection method for detecting optically high scatter material
JP2014140423A (en) Skin condition measuring apparatus
Rohrbach et al. Intraoperative optical assessment of photodynamic therapy response of superficial oral squamous cell carcinoma
RU2012108901A (en) METHOD FOR DETERMINING BILIRUBIN CONCENTRATION
RU2320980C1 (en) Method and device for spectral analysis and determination of concentration of components of turbid matter
CN108007910B (en) Depth-sensitive optical fiber probe for in-situ measurement of fluorescence spectrum and back-scattered light spectrum of skin tissue
Wang et al. A trifurcated fiber-optic-probe-based optical system designed for AGEs measurement
RU2770566C1 (en) Method for non-invasive determination of the content of lipids in a person

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160425