University Research Base

СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ МАТЕМАТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

Саида Бекназарова

доктор технических наук, профессор кафедры «Телевидение и медиатехнологии» Ташкентского университета информационных технологий имени Мухаммада аль-Хорезми,

Насиба Халикова

докторант Ташкентского университета информационных технологий имени Мухаммада аль-Хорезми

Keywords: оптическое излучение, поглощение, рассеивание, моделирование, биологические ткани, метод Монте-Карло

---

Abstract

Предмет исследования. Исследованы основные подходы к математическому моделированию процесса взаимодействия оптического излучения с биологическими тканями. Метод. Метод Монте-Карло представляет аппроксимацию решения уравнения переноса излучения. Данное решение достигается с помощью выборки множества возможных траекторий световых квантов (пакетов фотонов) при прохождении через ткань. Полученная стохастическая модель позволяет моделировать распространение света в мутной (рассеивающей) среде. В работе рассмотрены основные типы взаимодействия фотонов с тканью: рассеяние, поглощение и отражение/ преломление на границе среды. Основные результаты. Показаны эффективные методы моделирования задачи спектроскопии комбинационного рассеяния в мутных средах с учетом параметров детектора и объема выборки. Приведено сравнение реконструированного спектра комбинационного рассеяния кожи с клинически измеренными спектрами кожи in vivo. Показано общее соответствие смоделированного процесса и экспериментальных данных.

---

References

Тучин В.В. Оптика биологических тканей. Методы рассеяния света в медицинской диагностике. М.: Физматлит, 2012. 812 с. 2

. Arridge S.R. Optical tomography: forward and inverse problems // Inverse Problems. 2009. V. 25. N 12. P. 123010. https://doi. org/10.1088/0266-5611/25/12/123010

Bassi A., D’Andrea C., Valentini G., Cubeddu R., Arridge S.R. Temporal propagation of spatial information in turbid media // Optics Letters. 2008. V. 33. N 23. P. 2836–2838. https://doi.org/10.1364/ OL.33.002836

Meglinski I., Doronin A.V. Monte Carlo modeling of photon migration for the needs of biomedical optics and biophotonics // Advanced Biophotonics. 2012. P. 1–72.

Fischer D.G., Prahl S.A., Duncan D.D. Monte Carlo modeling of spatial coherence: free-space diffraction // Journal of the Optical Society of America A. 2008. V. 25. N 10. P. 2571–2581. https://doi. org/10.1364/JOSAA.25.002571

Jacques S. Monte Carlo modeling of light transport in tissue // Optical-thermal response of laser-irradiated tissue. Springer Netherlands, 2010. P. 109–144.

Flock S.T., Patterson M.S., Wilson B.C., Wyman D.R. Monte Carlo modeling of light propagation in highly scattering tissues. I. Model predictions and comparison with diffusion theory // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1989. V. 36. N 12. P. 1162–1168. https:// doi.org/10.1109/tbme.1989.1173624