Бесконтактная диагностика физических параметров биологических объектов на основе оптических спекл-полей и дифрактометрии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.21 ВАК РФ

Мокрова Дарья Всеволодовна

БЕСКОНТАКТНАЯ ДИАГНОСТИКА ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ БИОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ОПТИЧЕСКИХ СПЕКЛ-ПОЛЕЙ И

ДИФРАКТОМЕТРИИ

Специальность 01.04.21 — «Лазерная физика»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 8 НОЯ 2010

Санкт-Петербург — 2010

004613452

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный политехнический университет"

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

профессор, Аксенов Евгений Тимофеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

профессор Галль Лидия Николаевна

кандидат физико-математических наук доцент Власова Ольга Леонардовна

Ведущая организация: ГОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)»

Защита состоится «9» декабря 2010 года в 16 часов 00 минут на заседай диссертационного совета Д 212.229.01 в ГОУ ВПО "Санкт-Петербургск государственный политехнический университет" по адресу: 195251, Санкт-Петербу ул. Политехническая, д. 29, учебный корпус 2, ауд. 470.

С диссертацией можно ознакомиться в фундаментальной библиотеке ГОУ ВПО "Санк Петербургский государственный политехнический университет"

Автореферат разослан «29» октября 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Короткое А.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Расширение областей применения лазерной бномедицинской диагностики, создание новых методов и соответствующих средств диагностики является актуальной задачей. Решение этой задачи требует выполнения комплекса работ по выявлению физических эффектов, которые могут быть положены в основу разработки новых диагностических подходов; определению особенностей реакции биообъектов на предполагаемые лазерные воздействия; поиск эффективных методов обработки получаемой диагностической информации. При этом принципиальными оказываются вопросы наибольшей простоты и наименьшей стоимости разрабатываемой аппаратуры при требуемой диагностической эффективности.

Целью диссертационной работы является развитие нового перспективного направления лазерной физики — лазерной бномедицинской диагностики, в части теоретического и экспериментального исследования новых методов и устройств контроля биофизических параметров человека на макро- и микроуровнях, в том числе разработка неконтактных датчиков и специализированных Фурье-процессоров.

Основные задачи диссертационной работы:

1. Развитие методики определения динамики оксигенации гемоглобина (НЬ) крови микроциркуляторного русла под воздействием чрескожного лазерного облучения различных длин волн и плотностей мощности и обоснование применимости этого параметра для определения оптимальной терапевтической индивидуальной дозы облучения.

2. Обоснование в рамках статистической теории оптических спекл-полей возможности построения неконтактных диагностических датчиков скорости крови в микроциркуляторном русле человека, в том числе капиллярного кровотока, и датчиков параметров вибраций поверхности биологических объектов, преимущественно пульсовой волны.

3. Разработка, теоретическое и экспериментальное исследование нового типа диагностических неконтактных датчиков капиллярного кровотока — лазерных оптоэлектронных спекл-датчиков. Практическая реализация и натурные исследования лабораторных моделей датчика.

4. Разработка, теоретическое и экспериментальное исследование нового типа диагностических неконтактных спекл-датчиков формы пульсовой волны. Практическая реализация и натурные исследования лабораторных макетов датчика.

5. Разработка и теоретико-экспериментальное обоснование концептуальной модели лазерного дифрактометра с расширенными измерительными возможностями для исследования динамических характеристик ансамблей биологических микрообъектов, в том числе эритроцитов крови.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Проведено исследование динамики сатурации (БаСЬ) крови в микроциркуляторном русле кожи человека под воздействием лазерного излучения в различных спектральных областях поглощения оксигемоглобина (НЬ02) при различных уровнях плотности мощности и дополнительных воздействиях на микроциркуляторное русло с целью определения оптимальной индивидуальной терапевтической дозы облучения. Показано, что достоверное определение оптимальной дозы требует регистрации динамики нескольких биофизических параметров, в том числе скорости капиллярного кровотока и параметров пульсовой волны.

2. На основе статистической теории оптических спекл-полей предложена и обоснована концепция построения нового типа неконтактных лазерных датчиков скорости микроциркуляторного кровотока и микровибраций поверхностей биообъектов, в том числе параметров пульсовой волны.

3. Разработана и теоретически обоснована автокорреляционная методика определения скорости микроциркуляторного, в том числе капиллярного, кровотока и на основе этой методики создана лабораторная модель лазерного неконтактного спекл-датчика.

4. Разработан, теоретически обоснован и экспериментально исследован ряд лазерных неконтактных спекл-датчиков микровибраций, позволяющих регистрировать форму пульсовой волны на расстоянии порядка 10 см от поверхности объекта.

5. Теоретически и экспериментально обоснована возможность построения нового типа лазерного дифрактометра для исследования динамических характеристик и

оптико-физических свойств как ансамблей так и одиночных биологических микрообъектов.

Научная значимость диссертационной работы определяется тем, что в рамках проведенного цикла теоретических и экспериментальных исследований и разработок развиваются основы нового научного направления — лазерной биомедицинской диагностики. Предложен и исследован новый тип неконтактных датчиков биофизических параметров человека на основе единого физического подхода — статистической оптики спеклов. Впервые созданы спекл-датчики скорости крови в микроциркуляторном русле человека и вибраций поверхностей биообъектов.

На основе методов Фурье-оптики развита и экспериментально подтверждена концепция построения нового типа лазерного дифрактометра для исследования оптико-физических параметров биологических микрообъектов. Полученные в работе результаты будут стимулировать дальнейшее развитие методов и средств лазерной биомедицинской диагностики.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что её результаты могут быть использованы при разработке нового типа диагностической биомедицинской аппаратуры — неконтактных датчиков биофизических параметров человека и животных.

На основе предложенных базовых моделей датчиков возможно построение ряда их модификаций адаптированных к применению в неприспособленных, нестерильных помещениях, полевых условиях.

Предложенная концепция создания модифицированного лазерного дифрактометра с активным управлением исследуемыми микрообъектами позволяет существенно расширить измерительные возможности подобной аппаратуры и увеличить объем получаемой диагностической информации.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанные и развитые методики расчета характеристик оптических спекл-полей базируются на едином физическом подходе — статистической оптике, позволяют оценивать параметры динамики рассеивающих объектов, скорость и амплитуду смещения, и на этой основе определить способы создания ряда новых

функциональных устройств для решения диагностических и терапевтических задач — неконтактных лазерных сиекл-датчиков.

2. Разработанный и апробированный на оптико-механических моделях, имитирующих кровоток в микроциркуляторном русле, и в натурных измерениях метод автокорреляционной обработки случайных информационных сигналов позволяет получать достоверную диагностическую информацию о скорости кровотока.

3. Разработанные и развитые на основе спекл-интерферометрии и статистической оптики методы создания неконтактных лазерных спекл-датчиков вибраций биообъектов, в том числе формы пульсовой волны, позволяют создать семейство датчиков, работающих в широком диапазоне величин смещений (от микрон до сотен микрон), и регистрировать информационный сигнал на расстоянии порядка 10 см от исследуемого объекта.

4. Экспериментальная реализация предложенной концепции построения лазерного дифрактометра, базирующегося на методах Фурье оптики и оптической обработки информации, состоящего из двух измерительных каналов, визуального и спектрального, является достоверной основой для создания принципиально нового типа оптоэлектронной диагностической и измерительной аппаратуры.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, определяется применением современных экспериментальных методик, известных общепринятых способов теоретического анализа физических процессов; совпадением полученных результатов с результатами имитационного моделирования и с результатами, известными из литературных данных.

Внедрение результатов работы. Диссертационная работа выполнялась в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете в течение ряда лет. Проекты на основе материалов диссертации были отмечены, как победители конкурсов грантов Правительства Санкт-Петербурга для студентов и аспирантов вузов и академических институтов, расположенных на территории г. Санкт-Петербурга 2008, 2009 гг.; программы «У.М.Н.И.К.» 2009, 2010 гг. Ряд научных результатов использован в лекционных курсах, читаемых студентам соответствующих специальностей.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах, 18-ти Всероссийских и международных и конференциях [7-9, 11, 13-27, 29-22,24-29], в частности:

• Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «XXXVI Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, 2007 г.);

• «Лазеры. Измерения. Информация» (Санкт-Петербург, 2008-2010 гг.);

• Курчатовская молодежная научная школа (Москва, 2008, 2009 гг.);

• 3-я Всероссийская молодежная школа-семинар с международным участием «Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики» (Москва, 2009 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ, в том числе 6 в рецензируемых журналах.

Личный вклад автора в разработку проблемы. Основная часть результатов, касающихся разработанных моделей, схем и конструкций датчиков, методик расчетов, проведенных экспериментальных исследований, получена автором самостоятельно.

Автору принадлежит анализ и обобщение материалов, на базе которых обоснованы научные положения и выводы диссертации, а также участие во внедрении результатов исследований.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 150 страниц, в том числе 72 рисунка и 2 таблицы. Список литературы включает 130 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении дано обоснование актуальности темы диссертации, определена цель работы, обоснованы научные новизна и значимость, а также практическая ценность работы, достоверность результатов и сформулированы основные положения, выносимые на защиту. Содержатся сведения об апробации работы и внедрении её результатов. Кратко изложено содержание диссертации.

В главе 1 описано экспериментальное исследование динамики Sa02 крови в микроциркуляторном русле пальцев руки при воздействии на поверхность кожного покрова лазерным излучением разных длин волн, лежащих в полосе поглощения НЬОг

крови человека, и разных уровней мощности и плотности мощности. Для контроля уровня ЭаСЬ была выбрана стандартная методика пульсоксиметрии.

Лазерное облучение мощностью до 2 мВт на длинах волн: 632,8 нм и 440 нм не вызывает изменения БаСЬ, отличающегося по величине от естественного. Однако наблюдаются некоторые отличия: изменения БаОг носят кратковременный характер и могут быть связаны с иными механизмами реакции биоткани на световое воздействие.

Оптическое просветление кожи пальцев руки в области воздействия НИЛИ различных уровней мощности и длин волн приводит к заметному (порядка 10%) изменению БаОг в капиллярном русле в процессе облучения. Необходимо отметить, что во всех случаях изменение 8аОг достигает максимального значения за время от 30 до 60 секунд от начала облучения. После достижения минимального значения БаОг, даже при продолжающемся облучении, значение БаОг возвращается к нормальному уровню примерно за такое же время. Такая динамика изменения БаОг в случае просветления кожи позволяет утверждать, что в этом случае применение НИЛИ дает значительный физиологический эффект.

Увеличение мощности светового потока до 2 Вт приводит к заметному уменьшению БаОг (на 4%) относительно естественного уровня. Наблюдавшаяся динамика ЯаОг определяется разогревом тканей приводящим к блокированию кровотока, при этом ожидаемое увеличение кровотока, компенсирующее разогрев тканей, оказывается недостаточным. На рисунке 1 представлены примеры динамики БаОг при различных условиях облучения.

Рисунок 1 — Динамика БаОг в капиллярном русле кожи руки при облучении.

Несмотря на то, что примененная в данной работе методика измерений не является исчерпывающей, тем не менее, полученные результаты позволяют говорить о наличии достаточно выраженного влияния как НИЛИ, так и лазерного излучения

средней (20 мВт) и большой мощности на динамику Ба02 в капиллярном русле кожного покрова человека.

Большей достоверности в определении оптимальной терапевтической дозы можно достичь расширением набора регистрируемых параметров капиллярного русла при световом облучении, в частности, контроль скорости микроциркуляции крови; динамики изменения БаСЬ в центре области воздействия, а не только на периферии; динамики формы пульсовой волны. Такое, многопараметрическое исследование БаОг под воздействием НИЛИ позволит получить более детальное представление о происходящих процессах. Все оптико-физические измерения, на этапе отработки методики, необходимо сопровождать биохимическим анализом крови, как экспресс-анализом, так и пролонгированным, для обнаружения возможного последействия НИЛИ.

В главе 2 описаны основные свойства спекл-полей на базе математического аппарата статистической оптики, позволяющие обосновать применимость методов оптики спеклов для решения задачи определения скорости крови в микроциркуляторном русле и параметров вибраций биообъектов, в т.ч. пульсовых волн человека.

Сравнительный анализ измерительных возможностей применяемой в настоящее время диагностической аппаратуры и предлагаемого подхода по созданию нового типа неконтактных датчиков, основанного на принципах оптики спеклов, позволил выявить ожидаемые преимущества таких датчиков и метода оптики спеклов в целом.

Проведенный анализ статистических свойств оптических спекл-полей, формирующихся при рассеянии когерентного света как одиночной статической диффузно рассеивающей непоглощающей поверхностью, так и несколькими поверхностями, позволил определить основные закономерности их поведения.

Показано, что статистические свойства оптических спекл-полей, формирующихся при рассеянии когерентного света на поверхности биоткани, и полей, возникающих при отражении от непоглощающих свет материалов, могут отличатся. В связи с этим, при проведении измерений на реальных биологических тканях результаты

теоретических расчетов и модельных экспериментов можно рассматривать лишь как тренд ожидаемого поведения диагностического параметра.

В главе 3 приводятся результаты исследования динамики микроциркуляторного кровообращения в коже человека.

Для оценки скорости эритроцитов крови в микроциркуляторном русле выбран и теоретически обоснован метод временной автокорреляции флуктуации интенсивности спекл-поля.

Нормированная корреляционная функция спекл-поля микроциркуляторного кровотока имеет экспоненциальный вид

\ 2 ~

Я,(г)осехр^-2

О)

где тд' = йкЦ (броуновское движение); т</ = (30) 1/2 ГА'Н/ (направленный поток); £)

— коэффициент диффузии рассеивателей; / — средний свободный путь фотона; Г — градиент скорости потока; .у = п1 — путь, пройденный фотоном; п — число рассеивающих событий. Эта модель была использована в дальнейшем для интерпретации результатов.

Разработана и исследована оптико-механическая « 1 модель, позволяющая имитировать динамические

л.ж. - г "^ппшо

П- р^Ч^в ■ спекл-поля. Выполненные измерения

ч[ фчу [.........* демонстрируют прогнозируемую зависимость

3................................................Г~1пГ]. длины корреляции вычисляемой АКФ флуктуации

Рисунок 2 — Структурная схема интенсивности спекл-поля от скорости движения измерительного стенда: ППЛМ (1) —

ьм-0635-6-5; фокус. линза (2); рассеивающей поверхности, закрепленная на оси электромотора

мишень (3); ПЗС камера (4); монитор (5); Разработана и исследована лабораторная модель ПК (6); одномодовое оптическое волокно

(7), сопряженное с ФЭУ-69Б (8); бесконтактного спекл-датчика скорости крови в цифровой осциллограф (9).

микроциркуляторном русле кожи человека (рисунок 2). Выполненные измерения скорости крови при её контролируемом изменении показали ожидаемую динамику информационного сигнала (рисунок 3).

Полученные результаты экспериментальных

исследований подтверждают правомерность

предложенного метода построения неконтактного

16 4-.---,-, ^ . >,-- ' т. ■ ,

ОЛЮ й001 0,002 0.003 аом время, с Рисунок 3. Вычисленные

спекл-датчика скорости крови в микроциркуляторном русле.

Диагностические возможности и особенности

нормированные усредненные АКФ Пр1шенения предложенного датчика наиболее полно при различных величинах сжатия

могут быть выявлены при проведении клинических испытаний.

В главе 4 решается задача — разработки и исследования нового типа диагностического оптоэлектронного датчика, спекл-датчика, формы пульсовой волны.

Показано, что когерентно-оптическая спекл-интерферометрия является перспективным методом невозмущающей регистрации формы пульсовой волны человека, содержащей существенную диагностическую информацию.

На основе теоретического анализа динамики интенсивности оптических спекл-полей, формирующихся при отражении от диффузно рассеивающей поверхности одного или нескольких когерентных пучков света была обоснована возможность построения датчика вибраций двух типов — амплитудного и дифференциального.

В первом случае амплитуда светового поля описывается соотношением

где N — полное число этих волн. Поскольку а] и главное Дср} — случайные величины, определяемые случайным расположением неоднородностей рассеивающей поверхности и их высот, то результирующая амплитуда А(Р), фаза <р{Р) и

где /', =ир',и =11.р'2, ^ -у/у/г.

Разработаны и экспериментально исследованы лабораторные модели неконтактных датчиков формы пульсовой волны. Выполненные натурные измерения подтверждают

N

и(Р) = £а, ехр(/Др.) = А(Р)ехр(ир(Р)),

(2)

интенсивность 1(Р) ~ |С/(Р)]2 также являются случайными функциями. Во втором случае интенсивность регистрируемого спекл-поля имеет вид

(3)

работоспособность предложенных датчиков (рисунок 4). Экспериментально зарегистрирована ожидаемая чувствительность формы пульсовой волны к изменению биохимического состава крови (концентрации глюкозы), что потенциально расширяет возможности практического применения неконтактных спекл-датчиков.

а) б) в) •> |ч «<

Рисунок 4 — Фрагмент пульсограммы девушки 21 года, зарегистрированные с помощью амплитудного (а) и дифференциального (б) спекл-датчиков, и (в) динамика формы пульсовой волны от концентрации глюкозы, зафиксированная амплитудным датчиком (сигналы откалиброваны по давлению испытуемого, измеряемого с помощью тонометра).

На основании результатов исследования лабораторных моделей неконтактных спекл-датчиков формы пульсовой волны был изготовлен мобильный лабораторный макет, натурные испытания которого подтвердили его работоспособность и перспективность построения такого датчика.

В главе 5 решалась задача исследования и оценки оптико-физических свойств и динамики биологических микрообъектов и их ансамблей с помощью дифрактометра с расширенными функциональными возможностями.

На основании теории методов Фурье-оптики была предложена концептуальная модель нового типа лазерного дифрактометра с расширенными измерительными возможностями, содержащего два информационных канала: спектральный и изображения. При этом канал изображения строится как многокаскадный когерентный Фурье-процессор, позволяющий проводить классификацию и идентификацию исследуемых биологических микрообъектов. Кроме того, предусматривается введение в схему дифрактометра оптического каскада, формирующего градиентные оптические, поля заданной структуры, в плоскости исследуемого объекта. Это открывает возможность направленного управления пространственно-временными параметрами исследуемых объектов с целью их классификации по оптическим свойствам.

Разработана и экспериментально исследована лабораторная модель предложенного дифрактометра, работоспособность которой подтверждена серией экспериментов на

12

ряде объектов как модельных, так и биологических образцов естественного происхождения. На рисунке 5 представлена динамика изменения дифракционной картины мазка крови по мере его высыхания. Выполненные исследования подтвердили прогнозируемые измерительные возможности дифрактометра и могут служить принципиальной и достоверной основой для разработки лабораторного макета подобного прибора.

Рисунок 5 — ДК мазка цельной крови- а) начало эксперимента; 6) прошло 10 минут; в) прошло 35 минут.

Выполнены теоретически обоснованные исследования по управлению пространственно-временными параметрами микрообъектов в градиентных оптических полях. Полученные экспериментальные результаты согласуются с теоретически ожидаемыми и могут служить основой для создания соответствующего функционального устройства в составе предложенного многофункционального дифрактометра.

В заключении сформулированы общие результаты работы:

1. Обосновано применение БаОг крови для оценки индивидуальной дозы терапевтического облучения. Развита методика определения динамики БаОг крови при чрескожном лазерном облучении микроциркуляторного русла. В отличии от известных работ использовалось лазерное излучение разных длин волн и в широком диапазоне изменения плотности мощности.

2. Показано, что достоверное определение оптимальной дозы требует одновременной регистрации динамики нескольких биофизических параметров, в первую очередь скорости крови в микроциркуляторном русле и параметров пульсовой волны.

3. Теоретически и экспериментально обоснована возможность создания нового типа диагностических датчиков — неконтактных лазерных спекл-датчиков скорости

крови в микроциркуляторном русле и формы пульсовых волн, базирующихся на едином физическом подходе — статистическом анализе интенсивности спекл-полей.

4. Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований методов создания неконтактных лазерных спекл-датчиков скорости крови в микроциркуляторном русле биообъектов. Впервые созданы и исследованы лабораторные модели таких датчиков, а также лабораторный макет датчика формы пульсовых волн. Натурные испытания подтвердили его практическую перспективу. Полученные результаты позволяют сделать вывод о практической целесообразности применения разработанных и развитых методов анализа и реализации диагностических спекл-датчиков для создания реальных диагностических приборов клинического и индивидуального применения.

5. Теоретически и экспериментально обоснована возможность создания нового типа лазерного дифрактометра для исследования динамических характеристик и оптико-физических свойств биологических микрообъектов. Созданная лабораторная модель дифрактометра подтвердила ожидаемые измерительные характеристики и позволила определить перспективу развития предложенной схемы дифрактометра.

Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке нового типа диагностической биомедицинской аппаратуры, в том числе неконтактных датчиков биофизических параметров человека и животных. На основе предложенных базовых моделей датчиков возможно построение ряда их модификаций адаптированных к применению в неприспособленных, нестерильных условиях.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в периодических научных изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Мокрова, Д.В. Спекл-корреляционный датчик скорости диффузно отражающих объектов [Текст] / Мокрова Д.В. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — 2008. — вып. 3 (59) Физика. — С. 67-72.

2. Аксенов, Е.Т. Модифицированный лазерный дифрактометр для исследования биологических микрообъектов [Текст] / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Письма в журнал технической физики. — 2008. — Т. 34. — Вып. 20. — С. 38^3.

3. Аксенов, Е.Т. Динамика оксигенации гемоглобина крови под воздействием лазерного излучения [Текст] / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Биомедицинская радиоэлектроника. — 2008.—№ 11. — С. 35^41.

4. Мокрова Д.В. Спекл-датчик вибраций диффузно отражающих объектов [Текст] / Мокрова Д.В. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — 2008. — вып. 6 (67) Физико-математические науки. — С. 127-131.

5. Мокрова, Д.В. Исследование неконтактных датчиков биофизических параметров организма человека и развитие методов когерентной дифрактометрии биологических микрообъектов [Текст] / Мокрова Д.В. // Краткие сообщения по физике ФИАН. — 2009. — Т. 36. — № 12. — С. 26-30.

6. Кафидова, Г.А. Исследование возможности неконтактной регистрации пульсовой волны дифференциальным спекл-датчиком [Текст] / Кафидова, Г.А., Мокрова Д.В. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — № 2 (98). — 2010. — С. 127-130.

Прочие публикации по теме диссертации:

7. Мокрова, Д.В. Исследование влияние неинвазивного лазерного облучения крови капиллярного русла на динамику оксигенации тканей [Текст] / Мокрова Д.В. // Материалы Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах». — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2007. — С. 186-188.

8. Мокрова, Д.В. Динамика оксигенации тканей под воздействием лазерного излучения в полосе поглощения гемоглобина [Текст] / Мокрова Д.В. // Молодые ученые — промышленности СевероЗападного региона. Материалы конференций политехнического симпозиума 2007 года. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2007. — С. 124.

9. Мокрова, Д.В. Влияние черезкожного лазерного облучения на динамику оксигенации тканей [Текст] / Мокрова Д.В. // XXXVI Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов. Ч. IV. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2008. — С. 196-198.

10. Аксенов, Е.Т. Исследование биологических микрообъектов методом лазерной дифрактомерии [Текст] / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В., ПетуховаЕ.С. // Труды СПбГТУ. Радиофизика, электроника, информационные технологии. — СПб: Изд. Политех, ун-та. — 2008. — № 507 — С.194-204.

П.Аксенов, Е.Т. Исследование модифицированного лазерного дифрактометра [Текст] / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Лазеры. Измерения. Информация. Труды конференции 3-5 июня 2008 года. Под редакцией проф. В.Е. Привалова. — СПб, 2008. — С. 32.

12. Аксенов, Е.Т. Исследование модифицированного лазерного дифрактометра [Текст] / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Вестник СПбО АИН. — СПб: Изд. Политех, ун-та. — 2008. — вып. № 4. — С. 265-273.

13. Аксенов, Е.Т. Разработка и исследование пульсоксиметра на базе лазерной спекл-интерферометрии [Текст] / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В., Бирюлева Е.Г. // Научные исследования и инновационная деятельность: материалы научно-практической конференции — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2008. — С. 135-140.

14. Мокрова, Д.В. Экспериментальное исследование капиллярного кровотока и пульсовых волн человека методами оптики спеклов [Текст] / Мокрова Д.В. // Наука и инновации в технических университетах: Материалы Всероссийского форума студентов, аспирантов и молодых ученых. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2008. — С. 183-184.

15. Мокрова, Д.В. Экспериментальные исследования действия лазерного излучения на оксигемоглобин крови и динамики её микроциркуляции [Текст] / Мокрова Д.В. // 6-я Курчатовская молодежная научная школа. Сборник аннотаций. — М: РНЦ «Курчатовский институт», 2008, —С. 218.

16. Кафидова, Г.А. / Разработка и исследование дифференциального спекл-виброметра [Текст] / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. /// XXXVII Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научной конференции студентов и аспирантов. Ч. IX. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2008, —С. 117.

17. Мокрова, Д.В. Спекл-датчик скорости капиллярного кровотока и пульсовых волн [Текст] / Мокрова Д.В. // XXXVII Неделя науки СПбГПУ: Материалы Всероссийской межвузовской научной конференции студентов и аспирантов. Ч. XVIII. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2008. — С. 18.

18. Кафидова, Г.А. Разработка и исследование дифференциального спекл-виброметра [Текст] / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // XXXVII Неделя науки СПбГПУ: Всероссийская межвузовская научная конференция студентов и аспирантов. Материалы лучших докладов. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2009. — С. 46-49.

19. Кафидова, Г.А. Биомедицинский спекл-пульсометр [Текст] / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Школа-семинар «Актуальные проблемы физики и технологии», Сборник тезисов. АФТУ РАН. — СПб, 2009. —С. 10.

20. Мокрова, Д.В. Многофункциональный биомедицинский дифрактометр [Текст] / Мокрова, Д.В. // Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона. Материалы конференций Политехнического симпозиума 22 мая 2009 г. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2009. — С. 122-124.

21. Кафидова, Г.А. Биомедицинский виброметр на основе методов оптики спеклов [Текст] / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона.

22. Аксенов, Е.Т. Спекл-датчики биофизических параметров [Текст] / Аксенов Е.Т., Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Лазеры. Измерения. Информация. Труды конференции 2-4 июня 2009 года Санкт-Петербург. — СПб, 2009. — С. 114.

23. Аксенов, Е.Т. Спекл-датчики биофизических параметров [Текст] / Аксенов Е.Т., Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Лазеры. Измерения. Информация. Сборник докладов 19-й международной конференции. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2009. — Т. 1. — С. 346-362.

24. Аксенов, Е.Т. Исследование и разработка спеют датчиков биофизических параметров человека in vivo [Текст] / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии — 2009 г. Труды XVII Международной конференции п. Абрау-Дюрсо, г. Новороссийск. Краснодарский край, под редакцией В.Е. Привалова. — Новороссийск, 2009. — С. 29

25. Аксенов, Е.Т. Исследование неконтактных датчиков биофизических параметров организма человека и развитие методов когерентной дифрактометрии биологических микрообъектов [Текст] / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Физика и технические приложения волновых процессов. VIII Международная научно-техническая конференция 15-18 сентября 2009. Материалы конференции. — СПб, 2009. — С. 285-287.

26. Кафидова, Г.А. Разработка и исследование дифференциальной модели оптического спекл-пульсометра [Текст] / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Конференция (школа-семинар) по физике и астрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга и Северо-Запада «Физика.СПб» Тезисы докладов.— СПб: Изд. Политех, ун-та, 2009. — С. 105-106.

27. Кафидова, Г.А. Дифференциальный оптический спекл-датчик пульсовой волны [Текст] / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Сборник аннотаций работ «7-я Курчатовская молодежная научная школа». — М: РНЦ «Курчатовский институт», 2009. — С. 82.

28. Медведев, A.A. Диагностика поверхностных слоев биоткани методом неконтактной спекл-интерферометрии [Текст] / Медведев A.A., Мокрова Д.В. // XXXVIII Неделя науки СПбГПУ. Материалы международной научно-практической конференции. Часть IX. — СПб: Изд. Политех, ун-та, 2009. — С. 138-139.

29. Кафидова, Г.А. Анализ вариантов построения дифференциального спекл-пульсометра [Текст] / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В // XXXVIII Неделя науки СПбГПУ. Материалы международной научно-практической конференции. Часть IX. — СПб.: Изд. Политех, ун-та, 2009. — С. 140-141.

30. Кафидова, Г.А. Анализ вариантов построения дифференциального спекл-пульсометра [Текст] / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В // XXXVIII международная научно-практическая конференция «Неделя науки СПбГПУ». Материалы докладов. СПб.: Изд. Политех, ун-та, 2010. — С. 190-193.

Лицензия ЛР № 020593 от 07.08.97

Подписано в печать 19.10.2010. Формат 60x84/16. Печать цифровая. Усл. печ. л. 1,0. Уч.-изд. л. 1,0. Тираж 100. Заказ 6555Ь.

Отпечатано с готового оригинал-макета, предоставленного автором, в Цифровом типографском центре Издательства Политехнического университета. 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул., 29. Тел.: (812)550-40-14 Тел./факс: (812)297-57-76

Список сокращений.

Введение.

Глава 1. Исследование динамики оксигенации гемоглобина кровенаполненной ткани под воздействием лазерного облучения in vivo.

1.1 Мотивация исследования.

1.2 Экспериментальное исследование динамики сатурации крови in vivo при лазерном облучении кровенаполненной ткани.

1.2.1 Методика измерений.

1.2.2 Результаты измерений.

Выводы к главе 1.

Глава 2. Обоснование возможности неконтактной регистрации динамики капиллярного кровотока и пульсовых волн человека in vivo методами оптики спеклов.

2.1 Применимость методов оптической спекл-диагностики в биомедоптике.ЗЗ

2.2 Основные свойства спекл-полей.

2.2.1 Спеклы в пространстве предмета.

2.2.2 Спеклы в пространстве изображения.

2.2.3 Суммирование спекл-полей.

2.2.4 Лазерные спекл-структуры от биологических тканей.

Выводы к главе 2.

Глава 3. Исследование динамики микроциркуляторного кровообращения человека in vivo.

3.1 Состояние проблемы.

3.2 Измерение скорости движущегося диффузного объекта через динамику спеклов.

3.2.1 Метод автокорреляции. Теоретические основы.

3.2.2 Влияние фотоприемника на результаты измерений.

3.3 Модельные эксперименты.

3.4 Натурный эксперимент.

Выводы к главе 3.

Глава 4. Исследование возможности применения методов спекл-интерферометрии для регистрации формы пульсовых волн человека in vivo.

4.1 Состояние проблемы.

4.1.1 Методы регистрации пульсового сигнала.

4.1.2 Датчик формы пульсовых волн, основанный на регистрации флуктуаций интенсивности спеклов.

4.2 Амплитудный спекл-датчик формы пульсовой волны.

4.2.1 Общие положения.

4.2.2 Модельный эксперимент.

4.2.3 Натурный эксперимент.

4.3 Дифференциальный оптоэлектронный спекл-пульсометр.

4:3.1 Общие сведения

4.3.2 Модельный эксперимент.

4.4 (Сравнительные натурные испытания амплитудной и дифференциальной схем.'.

• 415ШабЬраторныи>макет- спекл-датчика-пульсовых' волн.

4.5.1 Концепция построения сенсоров капиллярного кровотока и формы пульсовой волны.

4.5.2 Разработка и создание сенсоров формы пульсовой волны.

4: 5.3 . Лабораторный макет оптоэлектронного датчика: скорости, микроциркуляторного кровотока и формы пульсовых волн.

Выводы к главе 4.

Глава 5. Исследование биологических микрообъектов методом лазерной дифрактометрии.

5.1 Состояние проблемы.

5.2 Принципы Фурье-оптики.

5^3 Распознавание биологических микрообъектов методами Фурье-оптики 110 5.4:Экспериментальные исследования.

5.4.1 Концепция и структурная схема модифицированного лазерного дифрактометра.

5.4.2 Результаты исследований.

5.5 Расширение возможностей классификации и распознавания биологических микрообъектов методом сортировки в градиентном ¡световом поле.

5.5:1 Физические принципы применения градиентных лазерных полей в биомедоптике.

Охрана здоровья человека, защита окружающей среды, обеспечение человечества продовольствием — одни из основных проблем современного этапа развития общества. Это определяет значительный интерес к лазерным биотехнологиям. Во всем мире интенсивно разрабатываются лазеры медицинского назначения, уникальные лазерные биомедицинские комплексы и технологические установки, лазерная терапевтическая и диагностическая аппаратура. Основой этих разработок являются достижения в области лазерной физики и техники, в изучении взаимодействия лазерного излучения с биосистемами, в создании волоконно-оптических средств доставки излучения, измерительной и вычислительной техники.

К настоящему времени лазерные методы лечения нашли широкое распространение в медицине [1]. Однако, остается нерешенным ещё ряд принципиальных задач, и в первую очередь, определение оптимальной индивидуальной дозы лазерного терапевтического воздействия.

Необходимость выявления индивидуальной дозы связана, в частности, с тем, что разные биологические ткани обладают разными спектральными оптическими свойствами не только в зависимости от длины волны, мощности, поляризации и других характеристик лазерного излучения, но и от индивидуальных особенностей организма: от особенностей обменных механизмов, наличия или отсутствия патологического процесса в тканях и органах, параметров кровообращения, реактивности вегетативной нервной системы, состояния организма в целом, т.е. от индивидуального для каждого пациента функционально-физиологического и патофизиологического состояния тканей, органов и всего организма [2-4].

Разработка и совершенствование методов лазерной диагностики продолжает оставаться практически значимой и сложной научной проблемой. Задача лазерной диагностики — извлечение информации о биообъекте, формируемой в результате взаимодействия с ним лазерного излучения.

Необходимо, чтобы эта информация отражала невозмущенные лазерным излучением характеристики биообъекта. Следовательно, необходима оптимизация диагностического взаимодействия с точки зрения параметров зондирующего лазерного излучения: оно должно быть достаточно сильным, чтобы обеспечить получение необходимой информации, и в то же время достаточно слабым, чтобы не вызывать существенного изменения состояния биообъекта.

В ходе развития методов лазерной диагностики, отчетливо проявилась высокая информативность оптических параметров, пригодных для медико-биологической диагностики (спектральные, пространственные, энергетические). Эти параметры могут служить не только основой для новых методов диагностики, но и хорошим информационным и методологическим базисом для комплексной многофакторной лазерной диагностики, как нового научного направления в медицине.

Например, очень информативна регистрация нелинейных оптических эффектов в тканях и крови, связанных со спектральной селективностью молекулярного поглощения и явлением наведенной и эндогенной флуоресценции [2]. Достаточно сильной фотоактивностью и флуоресценцией в красной области спектра (630.670 нм) отличаются порфирины. Известна, например, связанная с ними сильная полоса поглощения в области 400 нм у гемоглобина (полоса Соре). Кроме того, оксигемоглобин (связанный с кислородом гемоглобин — НЮ2) и восстановленный гемоглобин (НЬ) имеют также различные полосы поглощения, хорошо известные в физиологии (по крайней мере, для гемолизованной крови) [5]. Любые изменения содержания НЬОг важно отслеживать, например, при патологиях сердечно-сосудистой системы (ССС) и органов дыхания, тканевой гипоксии, наличии мышечных и общих эмоционально-физических перегрузок, различных воспалительных процессов в тканях и органах. Диагностика общего содержания НЬ в эритроцитах, гематокрита крови и скорости капиллярного кровотока необходимы для уточнения этимологии анемии.

Однако, практически не разработаны еще методы анализа и обработки диагностических данных, дающие необходимую медико-биологическую, а не физико-техническую информацию (определяются не очень понятные для врача коэффициенты отражения, интенсивности, флуоресценции и т.п.). Диагностические приборы сегодня, по сути, представляют собой не специализированное оборудование, а обычное универсальное лабораторное оборудование, используемое в физике (фотометры, монохроматоры и т.д.), которые не адаптированы для специфики медицинских приложений. Возможно, именно поэтому результаты разных методов иногда явно противоречат друг другу [6].

Сегодня на первое место выходят лазерные методики терапии ,-и диагностики, минимизирующие инвазивность, фармахимизм и другие экологически и психологически нежелательные воздействия на организм человека, и в целом предпочтение отдается приборам, основанным на неинвазивных и бесконтактных методах измерения.

Неинвазивная лазерная терапия и оптическая биомедицинская диагностика — это новые диагностические направления в медицине, зародившиеся в конце 1980-х годов и находящиеся пока еще на этапах НИР, ОКР и первых опытных образцов приборов во всем мире. Оптическая неинвазивная диагностика предполагает использование лазерного (оптического) излучения для прижизненного зондирования тканей и органов пациента с целью получения по отраженному (рассеянному, прошедшему ткань насквозь и т.п.) свету диагностической информации о биохимическом составе и анатомическом (морфологическом) строении обследуемого участка мягких тканей тела пациента. Сегодня это под силу лишь длительным по времени и дорогостоящим лабораторным биохимическим и гистологическим анализам, требующим взятия образцов крови, фрагментов биотканей и т.п., или, частично, ультразвуковым и рентгенологическим обследованиям. Оптическая диагностика позволить решить эти задачи неинвазивно и без использования вредных ионизирующих излучений [7].

Диагностические приборы, реализующие все эти принципы, представляют собой сегодня соединенные с персональным компьютером (ПК) оптоэлектронные узлы и блоки, позволяющие освещать область тела пациента низкоинтенсивным оптическим излучением заданной мощности и спектрального состава и регистрировать выходящее из тканей пациента вторичное (рассеянное) излучение.

Вся конечная обработка информации и решение обратных задач оптики светорассеивающих сред на основе математических расчетных алгоритмов происходят сегодня в компьютерах диагностических систем.

Сложность физических процессов, лежащих в основе методов лазерной диагностики, особенно их неинвазивной и неконтактной реализации, определяет наличие нерешенных проблем ограничивающих, но и стимулирующих в целом это научное и практическое направление развития современной биомедицины.

Существующие лабораторно-клинические методы и средства лазерной диагностики в основном направлены на получение количественных диагностических результатов с требуемой точностью. Это в большинстве случаев, даже при небольших габаритах сенсорной части диагностического комплекса, требует сравнительно сложной и соответственно габаритной электронной обрабатывающей аппаратуры.

На практике возможны ситуации, требующие проведения экспресс-оценки состояния организма человека с точки зрения оценки адекватности поведения испытуемого, находящегося в экстремальных условиях, в частности: космического полета, дежурства на объектах повышенной опасности, подводного плавания, пилотирования самолетов и т.п. Кроме того, подобные задачи возникают в условиях чрезвычайных происшествий: пожар, взрыв, землетрясение.

Для оценки состояния человека в перечисленных обстоятельствах на первом этапе диагностические мероприятия могут и должны обеспечиваться малогабаритной, мобильной аппаратурой с малым энергопотреблением и позволяющей получать информацию на основе обнаружения и распознавания ключевых диагностических признаков, делать достоверное заключение, в рамках поставленной задачи, о состоянии испытуемого (наблюдаемого).

Особо следует отметить, что в ряде случаев, в частности при значительных травматических (раневых), ожоговых поражениях и т.п., проведение контактной диагностики становится практически невозможным, т.е. возникает необходимость проведения диагностических измерений неконтактным методом.

Среди обсуждающихся в настоящее время перспективных лазерных диагностических методик выделяются методы спекл-оптики и спекл-интерферометрии, представляющие значительный интерес для оптики неоднородных биотканей.

Интерес к этим методам обусловлен рядом присущих им преимуществ перед традиционно применяемыми в клинической практике неинвазивными диагностическими методами. По сравнению с методами ультразвуковой диагностики и лазерной доплеровской анемометрии (ЛДА) диагностические методы, базирующиеся на методах оптики спеклов, потенциально обладают большей простотой практической реализации измерительной аппаратуры, возможностью решения проблемы выделения слабых сигналов на фоне шумов, свойственной, в частности, методам ЛДА.

Кроме того, и это практически важно, существенным преимуществом является возможность регистрации информационных сигналов, в том числе скоростей биологических жидкостей и микровибраций биотканей различной природы неконтактно. г

Кроме методов лазерной диагностики параметров организма в целом, значительный научный и практический интерес представляют методы оценки оптико-физических параметров биологических микрообъектов. К таким методам относится, например, лазерная дифрактометрия, открывающая возможность исследования динамики как одиночных микрообъектов, так и их ансамблей под воздействием различных факторов в полуавтоматическом или автоматическом режимах [8]. Развитие и совершенствование этого диагностического направления является актуальной научной и практической задачей.

Таким образом, лазерная медицинская диагностика — в настоящее время одно из самых эффективных, динамично развивающихся направлений применения лазеров и лазерной техники в биомедицине. Возникающие разнообразные технические и теоретические проблемы и варианты их решения могут претендовать на статус нового фундаментального научного направления. Появляется реальная возможность осуществить объединение физики, математики, радиоэлектроники и кибернетики с науками о человеке и других живых системах.

Актуальность. Расширение областей применения лазерной биомедицинской диагностики, создание новых методов и соответствующих средств диагностики является актуальной задачей. Решение этой задачи требует выполнения комплекса работ по выявлению физических эффектов, которые могут быть положены в основу разработки новых диагностических подходов; определению особенностей реакции биообъектов на предполагаемые лазерные воздействия; поиск эффективных методов обработки получаемой диагностической информации. При этом принципиальными оказываются вопросы наибольшей простоты и наименьшей стоимости разрабатываемой аппаратуры при требуемой диагностической эффективности.

Целью диссертационной работы является развитие нового перспективного направления лазерной физики — лазерной биомедицинской диагностики, в части теоретического и экспериментального исследования новых методов и устройств контроля биофизических параметров человека на макро- и микроуровнях, в том числе разработка неконтактных датчиков и специализированных Фурье-процессоров.

Основные задачи диссертационной работы:

1. Развитие методики определения динамики оксигенации НЬ крови микроциркуляторного русла под воздействием чрескожного лазерного облучения различных длин волн и плотностей мощности и обоснование применимости этого параметра для определения оптимальной терапевтической индивидуальной дозы облучения.

2. Обоснование в рамках статистической теории оптических спекл-полей возможности построения неконтактных диагностических датчиков скорости крови в микроциркуляторном русле человека, в том числе капиллярного кровотока, и датчиков параметров вибраций поверхности биологических объектов, преимущественно пульсовой волны.

3. Разработка, теоретическое и экспериментальное исследование нового типа диагностических неконтактных датчиков капиллярного кровотока — лазерных оптоэлектронных спекл-датчиков. Практическая реализация и натурные исследования лабораторных моделей датчика.

4. Разработка, теоретическое и экспериментальное исследование нового типа диагностических неконтактных спекл-датчиков формы пульсовой волны. Практическая реализация и натурные исследования лабораторных макетов датчика.

5. Разработка и теоретико-экспериментальное обоснование концептуальной модели лазерного дифрактометра с расширенными измерительными возможностями для исследования динамических характеристик ансамблей биологических микрообъектов, в том числе эритроцитов крови.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

1. Проведено исследование динамики сатурации (БаОг) крови в микроциркуляторном русле кожи человека под воздействием лазерного излучения в различных спектральных областях поглощения НЬОг при различных уровнях плотности мощности и дополнительных воздействиях на микроциркуляторное русло с целью определения оптимальной индивидуальной терапевтической дозы облучения. Показано, что достоверное определение оптимальной дозы требует регистрации динамики нескольких биофизических параметров, в том числе скорости капиллярного кровотока и параметров пульсовой волны.

2. На основе статистической теории оптических спекл-полей предложена и обоснована концепция построения нового типа неконтактных лазерных датчиков скорости микроциркуляторного кровотока и микровибраций поверхностей биообъектов, в том числе параметров пульсовой волны.

3. Разработана и теоретически обоснована автокорреляционная методика определения скорости микроциркуляторного, в том числе капиллярного, кровотока и на основе этой методики создана лабораторная модель лазерного неконтактного спекл-датчика.

4. Разработан, теоретически обоснован и экспериментально исследован ряд лазерных неконтактных спекл-датчиков микровибраций, позволяющих регистрировать форму пульсовой волны на расстоянии порядка 10 см от поверхности объекта.

5. Теоретически и экспериментально обоснована возможность построения нового типа лазерного дифрактометра для исследования динамических характеристик и оптико-физических свойств как ансамблей так и одиночных биологических микрообъектов.

Научная значимость диссертационной работы определяется тем, что в рамках проведенного цикла теоретических и экспериментальных исследований и разработок развиваются основы нового научного направления — лазерной биомедицинской диагностики. Предложен и исследован новый тип неконтактных датчиков биофизических параметров человека на основе единого физического подхода — статистической оптики спеклов. Впервые созданы спекл-датчики скорости крови в микроциркуляторном русле человека и вибраций поверхностей биообъектов.

На основе методов Фурье-оптики развита и экспериментально подтверждена концепция построения нового типа лазерного дифрактометра для исследования оптико-физических параметров биологических микрообъектов. Полученные в работе результаты будут стимулировать дальнейшее развитие методов и средств лазерной биомедицинской диагностики.

Практическая ценность диссертационной работы состоит в том, что её результаты могут быть использованы при разработке нового типа диагностической биомедицинской аппаратуры — неконтактных датчиков биофизических параметров человека и животных.

На основе предложенных базовых моделей датчиков возможно построение ряда их модификаций адаптированных к применению в неприспособленных, нестерильных помещениях, полевых условиях.

Предложенная концепция создания модифицированного лазерного дифрактометра с активным управлением исследуемыми микрообъектами позволяет существенно расширить измерительные возможности подобной аппаратуры и увеличить объем получаемой диагностической информации.

Научные положения, выносимые на защиту:

1. Разработанные и развитые методики расчета характеристик оптических спекл-полей базируются на едином физическом подходе — статистической оптике, позволяют оценивать параметры динамики рассеивающих объектов, скорость и амплитуду смещения, и на этой основе определить способы создания ряда новых функциональных устройств для решения диагностических и терапевтических задач — неконтактных лазерных спекл-датчиков.

2. Разработанный и апробированный на оптико-механических моделях, имитирующих кровоток в микроциркуляторном русле, и в натурных измерениях метод автокорреляционной обработки случайных информационных сигналов позволяет получать достоверную диагностическую информацию о скорости кровотока.

3. Разработанные и развитые на основе спекл-интерферометрии и статистической оптики методы создания неконтактных лазерных спекл-датчиков вибраций биообъектов, в том числе формы пульсовой волны, позволяют создать семейство датчиков, работающих в широком диапазоне величин смещений (от микрон до сотен микрон), и регистрировать информационный сигнал на расстоянии порядка 10 см от исследуемого объекта.

4. Экспериментальная реализация предложенной концепции построения лазерного дифрактометра, базирующегося на методах Фурье оптики и оптической обработки информации, состоящего из двух измерительных каналов, визуального и спектрального, является достоверной основой для создания принципиально нового типа оптоэлектронной диагностической и измерительной аппаратуры.

Достоверность результатов, полученных в диссертационной работе, определяется применением современных экспериментальных методик, известных общепринятых способов теоретического анализа физических процессов; совпадением полученных результатов с результатами имитационного моделирования и с результатами, известными из литературных данных.

Внедрение результатов работы. Диссертационная работа выполнялась в Санкт-Петербургском государственном политехническом университете в течение ряда лет. Проекты на основе материалов диссертации были отмечены, как победители конкурсов грантов Правительства Санкт-Петербурга для студентов и аспирантов вузов и академических институтов, расположенных на территории г. Санкт-Петербурга 2008, 2009 гг.; программы «У.М.Н.И.К.» 2009, 2010 гг. Ряд научных результатов использован в лекционных курсах, читаемых студентам соответствующих специальностей.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы докладывались и обсуждались на научных семинарах и конференциях: Всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2007 г.); Политехнический симпозиум «Молодые ученые — промышленности СевероЗападного региона» (Санкт-Петербург, 2007 г.); Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «XXXVI Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, 2007 г.); «Лазеры. Измерения. Информация» (Санкт-Петербург, 2008 г.); Всероссийский форум студентов, аспирантов и молодых ученых «Наука и инновации в технических университетах» (Санкт-Петербург, 2008 г.); 6-я Курчатовская молодежная научная школа (Москва, 2008 г.); Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «XXXVII Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, 2008 г.); Школа-семинар «Актуальные проблемы физики и технологии» (Санкт-Петербург, 2009 г.); Политехнический симпозиум «Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2009 г.); «Лазеры. Измерения. Информация» (Санкт-Петербург, 2009 г.); XVII Международная конференция «Лазерно-информационные технологии в медицине, биологии и геоэкологии — 2009 г.» (Абрау-Дюрсо, 2009 г.); VIII Международная научно-техническая конференция «Физика и технические приложения волновых процессов» (Санкт-Петербург, 2009 г.); Конференция (школа-семинар) по физике и астрономии для молодых ученых Санкт-Петербурга и Северо-Запада «Физика.СПб» (Санкт-Петербург, 2009 г.); 3-я Всероссийская молодежная школа-семинар с международным участием «Инновационные аспекты фундаментальных исследований по актуальным проблемам физики» (Москва, 2009 г.); «7-я Курчатовская молодежная научная школа» (Москва, 2009 г.); Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «XXXVIII Неделя науки СПбГПУ» (Санкт-Петербург, 2009 г.); Политехнический симпозиум «Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона» (Санкт-Петербург, 2010 г.)

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 30 работ, в том числе 6 в рецензируемых журналах.

Личный вклад автора в разработку проблемы. Основная часть результатов, касающихся разработанных моделей, схем и конструкций датчиков, методик расчетов, проведенных экспериментальных исследований, получена автором самостоятельно.

Автору принадлежит анализ и обобщение материалов, на базе которых обоснованы научные положения и выводы диссертации, а также участие во внедрении результатов исследований.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы. Объем работы составляет 150 страниц, в том числе 72 рисунка и 2 таблицы. Список литературы включает 130 наименований.

Выводы к главе 5

В пятой главе решалась задача исследования и оценки оптико-физических свойств и динамики биологических микрообъектов и их ансамблей с помощью дифрактометра с расширенными функциональными возможностями. Основные результаты этих исследований сводятся к следующему:

1. На основании теории методов Фурье-оптики предложена концептуальная модель нового типа лазерного дифрактометра с расширенными измерительными возможностями. В том числе предложено создание дифрактометра, содержащего два информационных канала: спектральный и изображения. При этом канал изображения строится как многокаскадный когерентный Фурье-процессор, позволяющий проводить классификацию и идентификацию исследуемых биологических микрообъектов. Кроме того, предусматривается введение в схему дифрактометра оптического каскада, формирующего градиентные оптические, поля заданной структуры, в плоскости исследуемого объекта. Это открывает возможность направленного управления пространственно-временными параметрами исследуемых объектов с целью их классификации по оптическим свойствам.

2. Разработана и экспериментально исследована лабораторная модель предложенного дифрактометра, работоспособность которой подтверждена серией экспериментов на ряде объектов как модельных, так и биологических образцов естественного происхождения. Выполненные исследования подтвердили прогнозируемые измерительные возможности дифрактометра и могут служить принципиальной и достоверной основой для разработки лабораторного макета подобного прибора.

3. Выполнены теоретически обоснованные исследования по управлению пространственно-временными параметрами микрообъектов в градиентных оптических полях. Полученные результаты согласуются с теоретически ожидаемыми и могут быть основой для создания соответствующего функционального устройства в составе предложенного многофункционального дифрактометра.

Заключение

Целью диссертационной работы являлось развитие нового перспективного направления лазерной физики — лазерной биомедицинской диагностики, в части теоретического и экспериментального исследования новых методов и устройств контроля биофизических параметров человека на макро- и микроуровнях, в том числе разработка неконтактных датчиков и специализированных Фурье-процессоров. В процессе выполнения исследований получены следующее основные результаты:

1. Обосновано применение БаОг крови для оценки индивидуальной дозы терапевтического облучения. Развита методика определения динамики 8аОг крови при чрескожном лазерном облучении микроциркуляторного русла. В отличии от известных работ использовалось лазерное излучение разных длин волн и в широком диапазоне изменения плотности мощности.

2. Показано, что достоверное определение оптимальной дозы требует одновременной регистрации динамики нескольких биофизических параметров, в первую очередь скорости крови в микроциркуляторном русле и параметров пульсовой волны.

3. Теоретически и экспериментально обоснована возможность создания нового типа диагностических датчиков — неконтактных лазерных спекл-датчиков скорости крови в микроциркуляторном русле и формы пульсовых волн, базирующихся на едином физическом подходе — статистическом анализе интенсивности спекл-полей.

4. Выполнен комплекс теоретических и экспериментальных исследований методов создания неконтактных лазерных спекл-датчиков скорости крови в микроциркуляторном русле биообъектов. Впервые созданы и исследованы лабораторные модели таких датчиков, а также лабораторный макет датчика формы пульсовых волн. Натурные испытания подтвердили его практическую перспективу. Полученные результаты позволяют сделать вывод о практической целесообразности применения разработанных и развитых методов анализа и реализации диагностических спекл-датчиков для создания реальных диагностических приборов клинического и индивидуального применения.

5. Теоретически и экспериментально обоснована возможность создания нового типа лазерного дифрактометра для исследования динамических характеристик и оптико-физических свойств биологических микрообъектов. Созданная лабораторная модель дифрактометра подтвердила ожидаемые измерительные характеристики и позволила определить перспективу развития предложенной схемы дифрактометра.

Полученные в работе результаты могут быть использованы при разработке нового типа диагностической биомедицинской аппаратуры, в том числе неконтактных датчиков биофизических параметров человека и животных. На основе предложенных базовых моделей датчиков возможно построение ряда их модификаций адаптированных к применению в неприспособленных, нестерильных условиях.

Автор приносит искреннюю благодарность за интерес проявленный к работе профессорам Петрову В.М. и Фотиади А.Э., а также доцентам Ермаку B.C. и Мокрушину Ю.М. за помощь в выполнении экспериментов и особая благодарность Кафидовой Г.А.

1. Илларионов, В.Е. Техника и методики процедур лазерной терапии: Справочник Текст. / Илларионов В.Е. —М.: Центр, 2001. — 176 с.

2. Рогаткин, Д.А. Лазерная клиническая диагностика как одно из перспективных направлений биомедицинской радиоэлектроники Текст. / Рогаткин Д.А. // Биомедицинская радиоэлектроника. — 1998. — №3. — С. 34-41.

3. Александров, М.Т. Разработка методов лазерной биофотометрии для диагностики и лечения хирургических заболеваний Текст. / Александров М.Т. // Диссертация на соискание ученой степени доктора мед. наук. — М.: МОНИКИ, 1993. — 170 с.

4. Шабаров, B.JI. Рассеяние оптического излучения биологическими тканями Текст. / Шабаров В.Л., Жогун В.Н., Иванов A.B. // Журнал прикладной спектроскопии. — 1987. — Т. 47. — № 5. — С. 825-830.

5. Тучин, В.В. Взаимодействие лазерного излучения с биологическими тканями Текст. / Тучин В.В. // Лазерная физика. — 1994. — Вып. 3. — С. 93-102.

6. Оберг, А. Сравнение лазерной доплеровской флоуметрии и плетизмографии Текст. / Оберг А., Тамура Т., Линдберг Л., Салеруд Г. // Вестник АМН СССР. — 1988. — № 2. — С. 82-88.

7. Рогаткин, Д.А. Перспективы развития неинвазивной спектрофотометрической диагностики в медицине Текст. / Рогаткин Д.А., Лапаева Л.Г. // Медицинская техника. — 2003. — № 4. — С. 31-36.

8. Рубинов, А.Н. Физические принципы применения градиентных лазерных полей в медицине Текст. / Рубинов А.Н., Афанасьев A.A. // Известия РАН. Серия физическая. — 2002. — Т. 66. — № 8. — С. 1133-1136.

9. Тучин, В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях Текст. /В.В. Тучин. — Саратов: Изд-во Сарат. госунивер-та, 1998. —382 с.

10. Большая медицинская энциклопедия: В 30-ти т./АМН СССР. [Текст] / Гл. ред. Б.В. Петровский. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 19741989.

11. Т. 5: ГАМБУЗИЯ ГИПОТИАЗИД. — 1977. — 568 с.

12. Лазерная пикосекундная спектроскопия и фотохимия биомолекул

13. Текст. / под ред. Летохова B.C.- М: Наука, 1987. — 252 с.

14. Джагаров, Б.М. Пикосекундная спектроскопия гемоглобина Текст. / Джагаров Б.М., ГульбинасВ., КабелкаВ. и СавицкенеЖ. // Известия Академии Наук. Физическая серия. — 1989. — Т. 53. — № 8. — С. 15041509.

15. Gibson, Q.H. Photosensitivity of Haem Compound Text. / Gibson Q.H., Ainsworth S.//Nature. — 1957. —V. 180. —P. 1416-1417.

16. Saffran, W.A. Photodissociation of ligands from heme and heme proteins Text. / Saffran W.A., Gibson Q.H. // The Journal of Biological Chemistry. — 1977. — V. 252. —P. 7955-7958.

17. Асимов, М.М. Спектр действия лазерного излучения на гемоглобин кровеносных сосудов кожи Текст. / Асимов М.М., Асимов P.M., Рубинов А.Н. // Журнал прикладной спектроскопии. — 1998. — Т. 65. — № 6. —С. 877-880.

18. Залесская, Г.А. Влияние внутривенного лазерного облучения на молекулярную структуру крови и ее компонентов Текст. / Залесская Г.А., Самбор Е.Г., Кучинский А.В. // Журнал прикладной спектроскопии. — 2006. —Т. 73-№ 1. — С. 106-112.

19. Залесская, Г.А. Взаимодействие низкоинтенсивного лазерного излучения с кровью и ее компонентами Текст. / Залесская Г.А., Самбор Е.Г. //

20. Журнал прикладной спектроскопии. — 2005. — Т. 72. — № 2 — С. 230— 235.

21. Стратонников, A.A. Диагностика реакции капиллярного русла тканей на лазерное излучение Текст. / Стратонников A.A., Ермишова Н.В., ЛощенковВ.Б. // Квантовая электроника. — 2002. — Т. 32. — № 10 — С. 917-922.

22. Оптическая биомедицинская диагностика. В 2 т. Текст. /Пер. с англ. под ред. В .В. Тучина. — М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. — 2 т.

23. Аксенов, Е.Т. Динамика оксигенации гемоглобина крови под воздействием лазерного излучения Текст. / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Биомедицинская радиоэлектроника. — 2008. — № 11. — С. 35-41.

24. Мокрова, Д.В. Экспериментальные исследования действия лазерного излучения на оксигемоглобин крови и динамики её микроциркуляции

25. Текст. / МокроваД.В. // 6-я Курчатовская молодежная научная школа. Сборник аннотаций — М.: РНЦ «Курчатовский институт», 2008. — С. 218.

26. Асимов, М.М. Влияние температуры на квантовый выход лазерно-индуцированной фотодиссоциации оксигемоглобина in vivo Текст. / Асимов М.М., Асимов P.M., Рубинов А.Н.и др. // Журнал прикладной спектроскопии. — 2006. — Т. 73. — № 1. — С. 90-93.

27. Асимов, М.М. Стимулирование аэробного метаболизма клеток низкоинтенсивным лазерным излучением Текст. / Асимов М.М., Асимов P.M., Рубинов А.Н.и др. // Лазерная медицина. — 2007. — Т. 11. — № 2. — С. 53-59.

28. Проскурин, С.Г. Визуализация подкожных кровеносных сосудов человека посредством увеличения глубины когерентного зондирования Текст. / Проскурин С.Г., Ванг Р.К. // Квантовая электроника. — 2004. — Т. 34. — № 12. —С. 1157-1162.

29. Кару, Т.И. Действие низкоинтенсивного видимого излучения медного лазера на культуру клеток HeLa Текст. / Кару Т.Й., Календо Г.С., Летохов B.C. // Квантовая электроника. — 1982. — Т. 9. — № 1. — С. 141144.

30. Александров, М.Т. Лазерная клиническая биофотометрия (теория, эксперимент, практика) Текст. / М. Алекссандров. — М.: Техносфера, 2008. —584 с.

31. Щербаков, Ю.Н. Моделирование тепловых процессов при взаимодействии некоагулирующего лазерного излучения с многослойной биотканью. I. Теория и модель расчета Текст. / Ю.Н. Щербаков,

32. А.Н. Якунин, И.В. Ярославский, В.В. Тучин // Оптика и спектроскопия. — 1994. — Т. 76. — № 5. — С. 845-850.

33. Желтов, Г.И. Лазерное блокирование кровотока: физическая модель. I. Прямоугольные импульсы излучения Текст. / Г.И. Желтов, Л.Г. Астафьева, А. Карстен // Оптика и спектроскопия. — 2007. — Т. 102.3. —С. 518-523.

34. Желтов, Г.И. Лазерное блокирование кровотока: физическая модель. II. Режим импульсной модуляции излучения Текст. / Г.И. Желтов, Л.Г. Астафьева, А. Карстен // Оптика и спектроскопия. — 2007. — Т. 102.3. — С. 518-523.

35. Fujii, Н. Evaluation of blood flow by laser speckle image sensing: Part 1 Text. / Fujii H., NohiraK., Yamamoto Y., et al. // Applied optics. — 1987. — V. 26.

36. Nillson, G.E. Evaluation of a laser Doppler flowmeter for measurement of tissue blood flow Text. / Nillson G.E., Tenland Т., Oberg P.A. // IEEE Transactions on biomedical engineering. — 1980. — V. BME-27. — P. 597-604.

37. Chiamside, J.H. Velocity measurement using laser speckle statisties Text. / Chiamside J.H., YuraH.T. // Applied optics. — 1981. — V. 20. — № 20. — P.3539-3541

38. Джоунс, P. Голографическая и спекл-интерферометрия: Пер. с англ. Текст. / Джоунс Р., Уайкс К. — М.: Мир, 1986. — 327 с.

39. Kirkpatrick, S.J. High resolution imaged laser speckle strain gauge for vascular applications Text. / Kirkpatrick S.J., Cipolla M.J. // Journal of Biomedical optics. — 2000. — V. 5. — № 1. — P. 62-71.

40. Франсон, М. Оптика спеклов: Пер. с фр. Текст. / М. Франсон. — М.: Мир, 1980. — 171 с.

41. Гудмен, Д.У. Статистическая оптика: Пер. с англ. Текст. / Гудмен Д.У. — М.: Мир, 1988. — 527 с.

42. Yoshimura, Т. Statistical properties of dynamic speckles Text. / Yoshimura T. // JOSA: A. Optics and Image Science. — 1986. — V. 3. — № 7. — P. 10321054.

43. Jakeman, E. Speckle Statistics with a Small Number of Scatterers Text. / Jakeman E. // Optical engineering. — 1984. — V. 23. — № 4. — P. 453-461.

44. Приезжев, A.B. Лазерная диагностика в биологии и медицине Текст. / Приезжев A.B., Тучин В.В., Шубочкин Л.П. — М.: Наука, 1989. — 238 с.

45. Galanzha, E.I. Speckle and Doppler methods of blood and lymph flow monitoring. In: Handbook of optical biomedical diagnostics Text. / Galanzha E.I., Brill G.E., Aizu Y., Ulyanov S.S., Tuchin V.V. — Bellingham: SPIE Press, 2002. — P. 875-937.

46. Aizu, Y. Measurements of flow velocity in a microscopic region using dynamic laser speckles based on the photon correlation Text. / AizuY., AmbarH., Yamamoto Т., Asakura T. // Optics communications. — 1989. — V. 72. — № 5. —P. 269-273.

47. Aizu, Y. Bio-speckle phenomena and their application to the evaluation of blood flow Text. / AizuY., Asakura T. // Optics & Laser Technology. — 1991. — V. 23. — № 4. — P. 205-219.

48. Aizu, Y. Measurements of retinal blood flow using biospeckles: experiments with glass capillary and in the normal human retina Text. / Aizu Y., Asakura T.J., Ogino К., Sugita Т., et al. // Proc. SPIE int. soc. opt. eng. — 1996 -V. 2678. —P. 360-371.

49. Aizu, Y. Coherent optical techniques for diagnostics of retinal blood flow Text. / Aizu Y., Asakura T. // Journal of Biomedical optics. — 1999. — V. 4. — № 1. — P. 61-75.

50. Goodman, J.W. Statistical properties of laser speckle patterns Text. / J.W. Goodman // Laser speckle and related phenomena. Topics in Applied Physics / Ed. J.C. Dainty New York: Springer-Verlag, Berlin, 1984. — P. 975.

51. Ebeling, K.J. Statistical properties of spatial derivatives of the amplitude and intensity of monochromatic speckle patterns Text. / Ebeling K.J. // Optica Acta. — 1979.—V. 26. —№ 12.—P. 1505-1521.

52. Tuchin, V. Tissue optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis Text. / Tuchin V. — Bellingham: SPIE Press, 2000. — 352 p.

53. Jones, R. Holographic and speckle interferometry. A discution of the theory, practice and application of the techniques Text. / Jones R., Wykes C. -— Cambridge: Cambridge University press, 1983. — 330 p.

54. Ennos, A.E. Speckle interferometry. In: Laser speckle and related phenomena Text. / A.E. Ennos, ed. by J.C. Dainty. — New York: Springer-Verlag, Berlin, 1984. —P. 203-254.

55. Кузьмин, B.JI. Когерентные эффекты при рассеянии света в неупорядоченных системах / В.Л. Кузьмин, В.П. Романов // Успехи физических наук. — 1996. — Т. 166. — № 3. — С. 247—278.

56. Кузьмин, В.Л. Интерференционная составляющая обратного рассеяния низкокогерентного излучения / В.Л. Кузьмин, А.Ю. Азбель, И.В. Меглинский // Оптика и спектроскопия. — 2007. — Т. 102. — № 4. — С. 682-688.

57. Лычагов, В.В. Низкокогерентная автокорреляционная интерферометрия слоистых объектов / В.В. Лычагов, Д.В. Лягин, М.Д. Модель, В.П. Рябухо // Автометрия. — 2007. — Т. 43. — № 5. — С. 93-103.

58. Laser Doppler blood flowmetry Text. / Ed. by A.P. Shepherd, P.A. Oberg. — Boston, Dordrecht, London: Kluwer Academic Publishers, 1989. — 420 p.

59. Bioengineering of the skin: cutaneous blood flow and erythema Text. / Ed. by E. Berardesca, P. Eisner, H. Maibach. —New York: CRC Press, 1995. — p.

60. Eiju, T. Microscopic laser Doppler velosimeter for blood velocity measurements Text. / Eiju T., Nagai M., Matsuda K., Ohtsubo J., et al. // Optical engineering. — 1993. —V. 32. —P. 15-20.

61. Ruetten, W. Investigation of laser Doppler techniques using the Monte Carlo method Text. / Ruetten W., Gellekum T., Jessen К. // Proc. SPIE int. soc. opt. eng. — 1995. — V. 2326. — P. 277-288.

62. Мокрова, Д.В. Спекл-корреляционный датчик скорости диффузно отражающих объектов Текст. / Мокрова Д.В. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — 2008. — Вып. 3 (59) Физика. — С. 67-72.

63. Аксенов, Е.Т. Спекл-датчики биофизических параметров Текст. / Аксенов Е.Т., Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Лазеры. Измерения. Информация. Труды конференции 2-4 июня 2009 года Санкт-Петербург. — СПб., 2009. —С. 114.

64. Аксенов, Е.Т. Спекл-датчики биофизических параметров Текст. / Аксенов Е.Т., Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Лазеры. Измерения. Информация. Сборник докладов 19-й международной конференции. — СПб.: Изд. Политех, ун-та, 2009. — Т. 1. — С. 346-362.

65. Asakura, T. Dinamic laser speckles and their application to velocity measurement of the diffuse object Text. / Asakura T., TakaiN. // Applied optics. —1981. —V. 25. —P. 179-194.

66. Takai, N. Velocity measurement of the diffuse object based on time-differentiated speckle intensity fluctuations Text. / Takai N., Iwai T., UshizakaT. and Asakura T. // Optics communications. — 1979. — V. 30. — №3. — P. 287-292.

67. Jakeman, E. The effect of wavefront curvature on the coherence properties of laser light scattered by target centres in uniform motion Text. / E. Jakeman // Journal of physics A: Mathematical and General. — 1975. — 8L. P. 23-28.

68. Yariv, A. Introduction to optical electronics Text. / A. Yariv. — M.: Высшая школа. — 1983. — 400 с.

69. Papoulis, A. Probability, random variables, and stochastic processes Text. / A. Papoulis. — McGraw-Hill, New York, 1965. — 583 p.

70. Фомин, H.A. Спекл-интерферометрия газовых потоков Текст. / Н.А. Фомин. — Минск: Наука и техника, 1989. — 168 с.

71. Wu, X.L. Diffusing-wave spectroscopy in shear flow Text. / Wu X.L., PirieD.J., ChaikinP.M. et. al. // Journal of optical society of America. B. — 1990. — V. 7. — № 1. — P. 15-20.

72. Iwai, Т. Dynamic properties of speckles with relation to velocity measurements of a diffuse object Text. / T. Iwai, T. Asakura // Optics & Laser Technology. — 1989. —V. 21. —№ 1. —P. 31-35.

73. Okamoto, T. Velocity mearsurements of two moving diffusers using a temporal correlation length of doubly-scattered speckle Text. / T. Okamoto, T. Asakura // Journal of modern optics. — 1990. — V. 37. — № 3. — P. 389-408.

74. Десова, А.А. Исследование структуры пульсового сигнала лучевой артерии на базе информации о его спектральном составе Текст. / А.А. Десова, А.А. Дорофеюк, В.В. Гучук // Биомедицинская радиоэлектроника. — 2007. — № 11. — С. 15-20.

75. Большая медицинская энциклопедия: В 30-ти т./АМН СССР. [Текст] / Гл. ред. Б.В. Петровский. — 3-е изд. — М.: Советская энциклопедия, 19741989.

76. Т. 19: ПЕРЕЛЬМАН ПНЕВМОПАТИИ. — 1982. — 536 с. Т. 22: РАСТВОРИТЕЛИ - САХАРОВ. — 1984. — 544 с.

77. Т. 24: СОСУДИСТЫЙ ШОВ ТЕНИОЗ. — 1985. — 544 с.

78. Разин, О.С. Датчик пульсового сигнала лучевой артерии Текст. / Разин О.С., Десова А.А., Ольховой Ю.К. // Приборы и системы управления.1993. — № 8. — С. 38-39.

79. Терехова, Л.Г. Практические вопросы сфигмографии Текст. / Терехова Л.Г. — Л.: Медицина, 1968. — 119 с.

80. Мокрова, Д.В. Спекл-датчик вибраций диффузно отражающих объектов Текст. / Мокрова Д.В. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — 2008. — Вып. 6 (67) Физико-математические науки. — С. 127-131.

81. Кафидова, Г.А. Биомедицинский спекл-пульсометр Текст. / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Школа-семинар «Актуальные проблемы физики и технологии», Сборник тезисов. АФТУ РАН. — СПб., 2009. — С. 10.

82. Кафидова, Г.А. Дифференциальный оптический спекл-датчик пульсовой волны Текст. / Кафидова Г.А., Мокрова Д.В. // Сборник аннотаций работ «7-я Курчатовская молодежная научная школа». — М: РНЦ «Курчатовский институт», 2009. — С. 82.

83. Кафидова, Г.А. Исследование возможности неконтактной регистрации пульсовой волны дифференциальным спекгг-датчиком Текст./ Кафидова, Г.А., Мокрова Д.В. // Научно-технические ведомости СПбГПУ. — № 2 (98). — 2010. — С. 127-130.

84. Аранчук, В.М. О зависимости амплитуды сигнала доплеровского спекл-интерферометра от соотношения между размерами спеклов и приемнойапертуры Текст. / Аранчук В.М., Зацепин H.H. // Журнал технической физики. — 1988. — Т. 58. — Вып. 10. — С. 2060-2062.

85. Коронкевич, В.П. Лазерная- интерферометрия Текст. / Коронкевич В.П., Соболев В.С, Дубнищев Ю.Е. — Новосибирск: Наука, 1983. — 214 с.

86. Бендат, Дж. Основы теории случайных шумов и ее применения Текст. / Бендат Дж. — М.: Наука, 1965. — 464 с.

87. ЮО.Гоноровский, И.С. Радиотехнические цепи и сигналы Текст. / Гоноровский И.С. — М.: Сов. радио, 1977. — 608 с.

88. Ульянов, С.С. Получение фазовых портретов кардиовибраций человека с помощью спекл-интерферометрии. Текст. / Ульянов С.С., Тучин В.В. // Известия вуз. Прикладная нелинейная динамика. — 1994. — Т. 2. — № 34. —С. 44-54.

89. Клименко, И.С. Голография сфокусированных изображений и спекл-интерферометрия Текст. / И.С. Клименко. — М.: Наука, 1985. — 224 с.

90. Сфигмография как метод оценки изменений гемодинамики под влиянием физической нагрузки Текст. / А.Д. Валтнерис, Я.А. Яуя. — Рижский медицинский институт. — Рига: Зинатне. — 1988. — 132 с.

91. Старк, Г. Применение методов Фурье-оптики Текст.' / СтаркГ. — М.: «Радио и связь», 1988. — 535 с.

92. Лопатин, В.В. Многократное рассеяние света ансамблями сфероидов. Приложение к задаче агрегации эритроцитов Текст. / Лопатин В.В., Приезжев A.B. // Вестник Московского ун-та. Сер.З. Физика, астрономия. — 1999. — №5. — С. 19-22.

93. Bessmeltsev, S. Use of laser diffractometry for erythrocytes aggtegation estimation Text. / S. Bessmeltsev, A. Lendiaev, V. Tarlykov, I. Hodus // Proc. SPIE inti soc. opt. eng. — 2002. — V. 4680. — P. 177-180.

94. Bessmeltsev, S. Diffraction of laser radiation on the erythrocyte aggregates Text. / S. Bessmeltsev, I. Hodus, V. Tarlykov, V. Timofeeva, // Proc. SPIE int. soc. opt. eng. — 2004. — V. 5447. — P. 321-329.

95. Alexandrova, L. Laser diffractometry of the erythrocytes refractive index Text. / L. Alexandrova, S. Bessmeltsev, .A. Lendiaev et al. // Proc. SPIE int. soc. opt. eng. — 2004. — V. 5447. — P. 330-337.

96. Bessmeltsev, S. Research of erythrocytes aggregation by the laser diffractometry method Text. / Bessmeltsev S., Tarlykov V., Hodus I. // Proc. SPIE int. soc. opt. eng. — 2004. V. 5381. P. 146-150.

97. Bessmeltsev, S. Laser diffractometry of the erythrocyte refractive index Text. / Bessmeltsev S., Lendiaev A., Tarlykov V. // Proc. SPIE int. soc. opt. eng. — 2004. — V. 5381. —P. 151-156.

98. Ашкинази, И.Я. Эритроцит и внутреннее тромбопластинообразование Текст. / Ашкинази И.Я. — Л.: Наука, 1977. — 156 С.

99. Ашкинази И.Я. Агрегация эритроцитов и тромбопластинообразование Текст. / Ашкинази И.Я. // Бюллетень эксперимент, биол. — 1972. — № 7. — С. 28-31.

100. Оптическая обработка информации Текст. / Ред. Д. Кейсесента М.: Мир, 1980. —349 с.

101. Аксенов, Е.Т. Исследование модифицированного лазерного дифрактометра Текст. / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Лазеры. Измерения. Информация. Труды конференции 3-5 июня 2008 года. Под редакцией проф. В.Е. Привалова. — СПб., 2008. — С. 32.

102. Аксенов, Е.Т. Исследование модифицированного лазерного дифрактометра Текст. / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. // Вестник СПбО АИН. — СПб: Изд. Политех, ун-та. — 2008. — Вып. № 4. — С. 265-273.

103. Аксенов, Е.Т. Модифицированный лазерный дифрактометр для исследования биологических микрообъектов Текст. / Аксенов Е.Т., Мокрова Д.В. И Письма в журнал технической физики. — 2008. — Т. 34. — Вып. 20. — С. 38-43.

104. Aksenov, E.T. Modified Laser Diffractometer for Investigating Biological Microobjects Text. / E.T. Aksenov, D.V. Mokrova // Technical Physics Letters. — 2008. — Vol. 34. — № 10. — P. 878-880.

105. Амстиславский, Я.Е. Учебные эксперименты по волновой оптике в диффузно рассеянных лучах Текст. / Амстиславский Я.Е. —- М.: ФИЗМАТЛИТ, 2004. — 127 с.

106. Cornillault, J. Particle size analyzer Text. / J. Cornillault // Applied optics. — 1972. —V. 11. — №2.— P. 265-268.

107. Ахманов, С.А. Физическая оптика: Учебник для вузов Текст. / Ахманов С.А., Никитин С.Ю. — М.: Изд-во Московского Ун-та, 1998. — 655 с.

108. Демтрёдер, В. Лазерная спектроскопия: Основные принципы и техника эксперимента: пер. с англ. Текст. / В. Демтрёдер ; под ред. И. И. Собельмана. — М.: Наука, 1985. — 607 с.

109. Афанасьев, А.А. Модуляция концентрации частиц в интерференционном поле лазерного излучения Текст. / А.А. Афанасьев, В.М. Катаркевич, А.Н. Рубинов, Т.Ш. Эфендиев // Журнал прикладной спектроскопии. — 2002. — Т. 69. — № 5. — С. 675-679.