Оптична томографія в медицині та біологічних дослідженнях

Abstract

Об’єкт дослідження – процес формування та реєстрації оптичного сигналу в системах оптичної когерентної томографії при дослідженні біологічних тканин. Мета роботи – чисельне моделювання та аналіз оптичної когерентної томографії з урахуванням впливу потужності випромінювання на глибину візуалізації, співвідношення сигнал/шум (SNR) та безпечність теплової дії при дослідженні біотканин. Методи дослідження – теоретичний аналіз, математичне моделювання (MATLAB), методи обробки оптичних сигналів, порівняльний аналіз OCT технологій. У роботі розглянуто фізичні основи оптичної когерентної томографії, включно зі спектральною (SD-OCT) та swept-source (SS-OCT) модальностями. Проаналізовано вплив оптичних параметрів біотканин (коефіцієнтів розсіювання та поглинання) на глибину проникнення сигналу. Реалізовано чисельну модель OCT-процесу для біологічної тканини на основі експоненціального ослаблення сигналу з додаванням випадкового шуму. Отримано залежності показника SNR від потужності випромінювання в діапазоні від 1 мВт до 10 мВт. Показано, що при потужностях понад 8 мВт спостерігається насичення зростання SNR, що співпадає з межами теплової безпеки та стандартами ANSI Z136.1. Проведено оцінку теплових змін в тканині, встановлено, що приріст температури не перевищує 0,5 °С при діапазоні потужностей до 10 мВт, що підтверджує безпечність методу.