COMPARISON OF SEVERAL METHODS FOR NON-INVASIVE DIAGNOSTICS OF HUMAN SKIN PARAMETERS BY THE SCATTERED LIGHT
Abstract
Possibilities of determining of the skin structural and biophysical parameters by the spectra of scattered light are estimated. The measurement schemes for the diffuse reflectance, brightness coefficients of co- and crosspolarized radiation, backscattered by biological tissue, and spatial illumination at some distance from the source are considered. Retrieval algorithms of volumetric concentrations of melanin and blood vessels, the thickness of the epidermis, the degree of blood oxygenation and the average diameter of the capillaries are proposed. It is shown that the first two schemes give approximately the same characteristics of the solution of the inverse problem, although polarization measurements are somewhat more resistant to experimental errors. An analysis of this similarity has demonstrated that it is due to the features of the spectral optical properties of the skin layers. The third experimental scheme, which is resistant to errors, has a significantly higher sensitivity to the degree of blood oxygenation and the average diameter of the capillaries and allows you to retrieve all the desired skin parameters with acceptable for practice accuracy, turned out to be the most preferred.
About the Author
A. P. Ivanov
B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus
Belarus
Belarus
Minsk, 220072
References
1. А. А. Стратонников, Н. В. Ермишова, В. Б. Лощенов. Квант. электрон., 32 , № 10 (2002) 917—922
2. В. И. Кравченко, С. А. Мамилов, Ю. С. Плаксий, C. С. Есьман, Н. С. Казак, А. А. Рыжевич. Журн. прикл. спектр., 72 , № 1 (2005) 119—123 [ V. I. Kravchenko, S. A. Mamilov, Yu. S. Plaksiy, S. S. Yesman, N. S. Kazak, A. A. Ryzhevich. J. Appl. Spectr., 72 (2005) 126—131]
3. Б. Дэвисон. Теория переноса нейтронов, Москва, Атомиздат (1960)
4. А. Вейнберг, Е. Вигнер. Физическая теория ядерных реакторов, Москва, Иностр. лит. (1961)
5. А. Исимару. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, Москва, Мир, 1 (1981) 195
6. W. Cui, L. E. Ostrander, B. Y. Lee. IEEE Trans. Biomed. Engin., 17 , N 2 (1990) 632—639
7. V. V. Barun, A. P. Ivanov. Proc. SPIE, 6535 (2007) 1—12
8. А. П. Иванов, В. В. Барун. Опт. и спектр., 104 , № 2 (2008) 344—351
9. А. Н. Башкатов, Э. А. Генина, В. И. Кочубей, В. В. Тучин. Опт. и спектр., 99 , № 5 (2005) 870—876
10. Э. П. Зеге, А. П. Иванов, И. Л. Кацев. Перенос изображения в рассеивающей среде, Минск, Наука и техника (1975)
11. M. Meinke, G. Muller, J. Helfman, M. Friebel. Appl. Opt., 46 , N 10 (2007) 1742—1753
12. S. L. Jacques, J. C. Ramella-Roman, K. Lee. J. Biomed. Opt., 7 , N 3 (2002) 329—340
13. Барун В. В., А. П. Иванов, А. В. Волотовская, В. С. Улащик. Журн. прикл. спектр., 74 , № 3 (2007) 387—394 [ V. V. Barun, A. P. Ivanov, A. V. Volotovskaya, V. S. Ulashchik. J. Appl. Spectr., 74 (2007) 430—439]
14. В. В. Барун, А. П. Иванов. Опт. и спектр., 96 , № 6 (2004) 1019—1022
15. В. В. Барун, А. П. Иванов. Альманах клинической медицины, XVII , ч. 1 (2008) 20—23
16. А. П. Иванов, В. В. Барун, В. П. Дик, В. Г. Петрук, С. М. Кватернюк, И. В. Васильковский. II Всеукраинский съезд экологов. Сб. науч. ст., под ред. Б. И. Мокина, ВНТУ, Винница (2009) 291—294
17. А. П. Иванов. Оптика рассеивающих сред, Минск, Наука и техника (1969)
18. В. В. Барун, А. П. Иванов. Опт. и спектр., 107 , № 6 (2009) 963—970
19. L. T. Perelman, V. Backman. Proc. SPIE, 4241 (2001) 162—167
20. В. В. Барун, А. П. Иванов. Опт. и спектр., 100 , № 1 (2006) 142—150
21. В. В. Тучин. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях, Саратов, изд-во Сарат. ун-та (1998)
22. http://omlc.ogi.edu/news/jan98/skinoptics.html
23. И. В. Меглинский, С. Д. Матчер. Опт. и спектр., 91 , № 4 (2001) 692—697
24. И. В. Меглинский. Квант. электрон., 31 , № 1 (2001) 1101—1107
25. В. В. Барун, А. П. Иванов. Биофизика, 49 , № 6 (2004) 1125—1133
26. О. В. Бушмакова, Э. П. Зеге, И. Л. Кацев. Изв. АН СССР. Сер. физ. атм. океана, 8 , № 7 (1972) 711—719
27. A. Kienle, T. Glanzman, G. Wagnieres, H. van den Bergh. Appl. Opt., 37 , N 28 (1998) 6852—6862
28. G. Alexandridis, T. J. Farrell, M. S. Patterson. Appl. Opt., 37 , N 31 (1998) 7401—7409
Review
For citations:
Ivanov A.P. COMPARISON OF SEVERAL METHODS FOR NON-INVASIVE DIAGNOSTICS OF HUMAN SKIN PARAMETERS BY THE SCATTERED LIGHT. Zhurnal Prikladnoii Spektroskopii. 2020;87(1):5-13. (In Russ.)
Views: 312
Email this article 