Физические процессы с участием фотонов наблюдаемые в оптической томографии.

Что называется баллистическим предвестником в оптической томографии

Рассеивающая среда зондируется короткими световыми импульсами и регистрируется излучение, прошедшее через объект в направлении распространения зондирующего пучка. При этом импульсу диффузно рассеянного излучения предшествует баллистический предвестник, обусловленный не рассеянной составляющей и задержанный по отношению к моменту прихода зондирующего импульса в рассеивающую среду на время =L / c (L – толщина рассеивающей среды). Амплитуда баллистического предвестника при зондировании биообъектов значительно меньше амплитуды диффузионно-рассеянной составляющей.

Недостатки схемы измерения баллистического предвестника в оптической томографии.

Амплитуда баллистического предвестника при зондировании биообъектов значительно меньше амплитуды диффузионно-рассеянной составляющей. Для коэффициента экстинкции Биотканей 10-100 см^-1 для длин волн в окне прозрачности и при L 20 см не рассеянная составляющая будет равна только около 10^-90– 10^-900 от интенсивности зондирующего импульса. Для восстановления структуры объекта можно использовать как баллистическую составляющую прошедшего излучения, так и диффузно рассеянную составляющую. При детектировании баллистической составляющей реализуется принцип абсорбционной томографии (рентгеновской), заключающейся в формировании «теневых» проекций структуры объекта. Яркость получаемого изображения в данной точке определяется интегральным поглощением прошедшего через объект не рассеянной составляющей вдоль выбранного направления. Для восстановления изображения объекта используется преобразование Радона. Выделение баллистического предшественника требует стробирование детектируемого сигнала с временным окном, согласованным с длительностью зондирующего излучения. Это стробирование осуществляется с временным окном порядка времени распространения света между двумя последовательными актами рассеяния и составляет ~ порядка одной пикосекунды. Другим недостатком данной схемы – необходимость детектирования импульсов малой амплитуды. Необходимо применять режим счета фотонов с последующей корреляционной обработкой последовательности фотоотсчетов.

Развитие систем ОКТ ведется в нескольких направлениях:

1 при использовании теории рассеяния света в случайно неоднородных средах исследуются процессы однократного и многократного рассеяния, что позволяет корректно интерпретировать регистрируемые значения интенсивности излучения для получения информации о характеристиках среды. При этом в моделях принимают ряд упрощающих допущений:

процесс рассеяния излучения в среде, при которой справедлива модель од-

нократного рассеяния;

1) бездисперсионная поляризационно–изотропная среда с известным по-

стоянным показателем преломления;

функция отражения по глубине r(z), которая принята неизменной в течение интервала измерений и др.

В действительности для многих объектов указанные допущения не вполне адекватны или выполняются лишь частично, поэтому необходимы модели, не имеющие этих недостатков.

2) увеличивается быстродействие систем ОКТ, которое определяется несколькими факторами: энергетическими характеристиками источника излучения и степенью рассеяния среды, эффективностью извлечения информации по всей глубине исследуемого объекта, средствами регистрации, преобразования и обработки информации

3) большое значение имеют разработки и исследование новых видов источников излучения, особенно источников излучения с широким спектром до сотен нанометров и длиной когерентности в диапазоне единиц микрометров.

4) одна из проблем быстродействия обусловлена тем, что ввиду высокой разрешающей способности ОКТ необходимо обрабатывать большие объемы информации. В последние годы ведутся разработки систем ОКТ, обеспечивающих наблюдение и анализ в реальном времени трехмерных объектов и неоднородных сред, изменяющих свое состояние, что особенно характерно для области биомедицины.