Глава II.
Прямое измерение пространственного распределения интенсивности света в сильнорассеивающих средах и их оптических характеристик.
§ 2.1. Краткий обзор методов диагностики оптических свойств сильнорассеивающих конденсированных сред. Исследование распространения оптического излучения в светорассеивающих средах и, в частности, распределения поглощающих и рассеивающих неоднородностей, является фундаментальной научной проблемой [10]. В последнее время интерес к этой проблеме в значительной мере связан с развитием лазерной диагностики и терапии биологических сред и тканей (см., например, [11]). Измерение оптических характеристик таких сред необходимо для расчета распределения излучения внутри биологической среды и для определения его оптимальной дозировки. Для решения обратной задачи оптической томографии проекционным методом [12-16] должны быть известны распределения вероятности зарегистрированных фотонов, прошедших через диагностируемый объект. Для этого необходимо вычислить “коэффициент удлинения траектории”, т.е. среднее удлинение траекторий фотонов по отношению к прямолинейным, для нахождение которого необходимо знать коэффициент поглощения окружающей фантом среды. Широко обсуждаются методы исследования оптических характеристик рассеивающих сред, основанные на регистрации рассеянного средой светового поля. Разделение вкладов рассеяния и поглощения в уменьшение интенсивности света наиболее затруднено, если один из этих процессов значительно эффективнее другого. Именно это имеет место в случае биологических тканей - коэффициент рассеяния света для них может в 10-100 раз превышать коэффициент поглощения (см., например, [17,18]). Авторами [19-21] использовалась методика раздельных измерений коэффициента поглощения ma и приведенного коэффициента рассеяния Метод “видео-рефлектометрии” измерения оптических характеристик биологических тканей “in vivo” был предложен авторами [22,23]. Измерялся как полный коэффициент диффузного отражения, так и латеральное распределение (сканированием с помощью CCD-камеры) “отраженного” рассеивающей средой диффузного света. Однако при математической обработке экспериментальных данных авторы использовали модель полубесконечной среды, что накладывает существенные ограничения на диапазон измерений величины Таким образом, разработка прямого невозмущающего метода измерения пространственного распределения интенсивности и оптических свойств сильнорассеивающих сред продолжает оставаться важной и актуальной задачей. Для преодоления трудностей, возникающих в чисто оптических методах, в настоящей работе предлагается оптико-акустический метод, основанный на термооптическом возбуждении ультразвуковых волн в среде при поглощении в ней импульсного лазерного излучения [3]. Данный метод диагностики сильнорассеивающих сред был впервые предложен авторами [24-26] и развит в работах [27-29]. Достоинством оптико-акустического метода является пропорциональность амплитуды возбуждаемого ультразвукового импульса (ОА сигнала) коэффициенту поглощения света - в случае рассеивающей среды без поглощения ОА сигнал будет отсутствовать. При поглощении в среде лазерного импульса с длительностью, много меньшей времени пробега акустической волны по области тепловыделения, профиль давления ОА сигнала повторяет пространственное распределение тепловых источников в среде [3]. В случае однородно поглощающей и рассеивающей среды в приближении плоской световой волны это распределение совпадает с пространственным распределением интенсивности света в среде. Оно зависит от коэффициентов поглощения и рассеяния света, а также от соотношения показателей преломления поглощающей и прозрачной среды, через которую производится облучение (см., например, [30,31,32]). Аппроксимируя этой зависимостью профиль давления ОА сигнала в исследуемой рассеивающей среде, можно получить значения коэффициентов поглощения и рассеяния света. Таким образом, импульсный оптико-акустический метод дает возможность прямого измерения оптических характеристик рассеивающих сред [28].
|
, (
- средний косинус угла однократного рассеяния q ), основанная на регистрации полного выходящего из среды рассеянного света 
(свет внутрь среды вводился узким лазерным пучком). Эффективный коэффициент ослабления измерялся независимо либо по затуханию с глубиной падающего на среду коллимированного лазерного излучения, либо по латеральному распределению выходящего из среды рассеянного света. Математическая обработка экспериментальных данных основывалась на сравнении полученных экспериментальных зависимостей с расчетом, проводимым методом Монте-Карло. Однако, как указывают сами авторы, полученные ими эмпирические зависимости 
справедливы только в узком диапазоне средних косинусов угла однократного рассеяния и очень чувствительны к соотношению показателей преломления рассеивающей и прозрачной сред. Более того, внесение внутрь среды световодов неизбежно приводит к искажению картины рассеяния, а сам метод вряд ли может быть использован для диагностики реальных объектов.
. Кроме того, данный метод обладает 10% ошибкой измерения ma и 
.