Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Флуоресцентная и спектрально-поляризационная диагностика биологических тканей in vivo

ВАК РФ 03.00.02, Биофизика

Автореферат диссертации по теме "Флуоресцентная и спектрально-поляризационная диагностика биологических тканей in vivo"

На правах рукописи

}Щ>

СИНИЧКИН Юрий Петрович

ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ И СПЕКТРАЛЬНО-ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ IN VIVO

03.00.02 - биофизика

I

Автореферат диссертации на соискание ученой степени i доктора физико-математических наук

i

>

Саратов - 2003

Работа выполнена на кафедре оптики и кафедре лазерной и компьютерной физики Саратовского государственного университета и в НИИМФ СГУ.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Соболь Э. Н.

доктор физико-математических наук, профессор Березин В.И.

доктор химических наук Мельников Г.В.

Ведущая организация: Институт биохимии и физиологии растений и

микроорганизмов РАН, г. Саратов

Защита диссертации состоится «. ОКУЛЯРА2003 г. в

¡рал

дании диссертационного совета Д 212.243.05 в Саратовском государственном университете (410012, г. Саратов, ул. Астраханская, 83).

-За

на засе-

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке СГУ.

Автореферат разослан « $ » ию А Я

2003 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

д. ф.-м. н., профессор _.. В.Л.Дербов

^ооЗ-А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1. Актуальность темы

Оптика биотканей - одна из наиболее интенсивно развивающихся областей знаний, представляющая интерес как для физиков, так и биологов и медиков, работающих над созданием оптических медицинских технологий диагностики и лечения. Бурному развитию оптики биотканей в последнее время способствовали достижения в областях лазерной физики, волоконной оптики, оптоэлектроники и компьютерных технологий. Актуальность исследований в данной области подтверждается тем фактом, что в последние годы проявляется явная тенденция выделения исследований по оптическим свойствам биотканей и клиническим аспектам лазерной медицины в отдельное научное направление - биомедицинскую оптику.

В настоящее время разработано большое число методов определения оптических свойств биотканей как в ультрафиолетовой, так и в видимой и ближней инфракрасной областях спектра (R.R. Anderson, J.A. Parish, S.L. Jacques, M.J.C. van Gemert, H.J.C.M. Sterenborg, B. Chance, P.H. Andersen, A.J. Welch, L O. Svaasand, N. Kollias и др.).

Однако большинство результатов получено при исследованиях in vitro образцов биотканей, при этом отмечается широкий разброс значений оптических параметров биотканей, обусловленный различиями в методиках подготовки и проведения эксперимента. Значительно меньше сведений об оптических свойствах биотканей получено на живых объектах, хотя именно результаты in vivo исследований дают возможность получать информацию о происходящих в биологической ткани биохимических процессах.

Среди оптических методов исследования in vivo биотканей наибольшее развитие получили методы отражательной и флуоресцентной спектроскопии

Метод отражательной спектроскопии используются в биомедицине достаточно давно (S.L. Jacques et al., B.B. Кузьмин и В.П. Жаров, P.H. Andersen, J.B. Dawson et al., N. Kollias et al., С. Edwards et al., R. Marchesini et al., A.H. Королевич с соавт., M. J. С. van Gemert et al., В. Chance et al. и др.), однако его применение вызывает определенные сложности в выявлении взаимосвязи между измеряемым спектром диффузного отражения и спектральными зависимостями оптических характеристик среды. Корректная интерпретация экспериментальных результатов требует теоретического описания формирования спектра диффузно отраженного биотканями света.

К началу исследований по диссертационной работе моделирование распространения света в биотканях (в частности, в кожной ткани) основывалось на моделях, описывающих частные случаи состояния биоткани (нормальную кожную ткань, кожную ткань с эритемой, кожную ткань с пигментацией и др.) (M. J. С. van Gemert et al., S.L. Jacques, R. Graaff et al., P.H. Andersen и P. Bjerrlng, J.M. Schmitt et al., J. B. Dawson et al., R.R. Anderson, J.A. Parrish, B.L. Differ, et al., N. Kollias et al., L.O. Svaasand et al. и др.). Однако эти модели не позволяют адекватно описать динамику спектра диффузного отражения кожи при воздействиях, приводящих к определенным изменениям ее оптиче-

ских параметров.

. НАЦИОНАЛЬНАЯ j библиотека |

Особенности реализации метода in vivo отражательной спектроскопии можно отнести и к другому методу исследования биотканей - флуоресцентной спектроскопии.

Несмотря на значительные успехи, достигнутые в области in vivo флуоресцентной спектроскопии биотканей (В. Chance et al., Е.А. Черницкий и Е.И. Слобожанина, Дж. Лакович, D.J. Leffell et al., Ю.А. Владимиров, А.Я. Потапенко, R.R. Richards-Kortum et al., W. Lohmann et al., K.T. Schomacker et al., H.J.C.M. Sterenborg, M. Motamedi et al., N. Ramanujam et al., H. Zeng et al., Andersson-Engels S. et al. и др.), возможности метода далеко не исчерпаны. Первым шагом к полной реализации возможностей метода является переход от качественного анализа состояния биоткани к количественной оценке характеристик среды по спектрам ее автофлуоресценции (АФ).

Как и в случае метода отражательной спектроскопии, ограниченность измеряемых параметров (спектр возбуждения и спектр флуоресценции) требует разработки адекватной физической модели биоткани, позволяющей по спектрам АФ количественно оценивать ее состояние (M. Kaijzer et al., R. Richards-Kortum et al., H. Zeng et al., A.J. Welch et al.) Однако до сих пор нет модели, позволяющей адекватно описать динамику спектра УФА возбужденной АФ кожи в процессе воздействий, изменяющих структуру и хромофорный состав биоткани. Более того, хотя данный вид флуоресценции лежит в основе распространенного диагностического метода, природа АФ кожной ткани в коротковолновой части видимого диапазона спектра до сих пор не изучена, поэтому очень сложно связать наблюдаемые изменения в спектрах АФ кожи с происходящими в ней морфо-функциональными изменениями.

Перспективным методом исследования биотканей является комбинированный метод отражательной и флуоресцентной спектроскопии, который недостаточно развит.

Методы отражательной и флуоресцентной спектроскопии в основном реализуются для биотканей, доступных визуальному исследованию, при этом один из основных акцентов направлен на анализ изменений цвета биоткани, вызванных воздействиями различных факторов.

Объективность оценки восприятия цвета биоткани основана на физических принципах его формирования, воплощенных в колориметрических методах и компьютерных методах цифровой визуализации объекта.

Современные колориметры успешно применяются для диагностики в дерматологии, при этом особый интерес вызывают колориметры, которые измеряют цветовые характеристики отраженного кожей света определенных спектральных интервалов, соответствующих областям поглощения основных хромофоров (J. В. Dawson et al, С. Edwards et al, B.L. Differ, et al, H. Kopola et al), и, соответственно, позволяют получить информацию об их количественном содержании в биоткани. Однако существующие методики основаны на приближенных моделях кожной ткани, что выражается в достаточно грубых оценках содержания хромофоров.

Применительно к биотканям представляет интерес спектральный метод колориметрии, дающий возможность детального анализа происходящих в биотканях изменений. При этом УФА возбужденная АФ биотканей наблюдается в видимом диапазоне спектра, что дает основание проводить количественную оценку изменения цвета АФ кожи. Возможности метода колориметрии,

основанного на измерении цвета флуоресценции, практически не изучены, в связи с чем исследования в данном направлении актуальны.

В последние годы значительно вырос интерес к методу цифровой визуализации биоткани (R.H. Moss et al., R.D. Kenet et al., H. Takiwaki et al., R. Marchesini et al., L. Savolainen et al.), однако в его основе лежит простой RGB-анализ изображений, что ограничивает возможности метода.

Альтернативным методом исследования является широко используемый в настоящее время в океанографии, геологии и космических исследованиях метод многоспектральной визуализации (МСВ), основанный на комбинации пространственных и спектральных измерений. Применительно к биоткани метод позволяет получать функциональную «карту» объекта, показывая тип и область локализации содержащихся в нем биологических компонентов. Исследования возможности визуализации биотканей путем формирования их компьютерных изображений с использованием для визуализации диагностических параметров (индекса эритемы, индекса меланина, степени оксигена-ции и др.) находятся в начальной стадии и являются актуальными.

Одним из преимуществ оптических методов исследования биологических сред является возможность получения информации о среде путем анализа поляризационных характеристик рассеянного средой излучения. Необходимо отметить исследования поляризации рассеянного света при наблюдении когерентного обратного рассеяния (Р.-Е. Wolf, G. Maret, М.Р. van Albada et al.), анализ временных корреляционных функций линейно и циркулярно поляризованного света, рассеянного нестационарными средами (F.C. MacKintosh et al., В.Л. Кузьмин и В.П. Романов), а также исследования влияния размеров частиц среды на поляризацию рассеянного вперед излучения (D. Bicout et al., V. Sankaran et al.).

В биомедицинских приложениях использование поляризованного излучения связано с детектированием обратно рассеянного излучения. В связи с этим исследования влияния оптических характеристик среды на релаксацию поляризации зондирующего света с начальной линейной поляризацией и величину предельного значения остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения представляют несомненный интерес.

Одной из важнейших проблем современной медицинской диагностики является разработка методов визуализации неоднородной структуры биотканей. В последние годы интенсивно развиваются методы диагностики и визуализации in vivo биотканей, основанные на анализе поляризационных характеристик рассеянного света. Предложено несколько вариантов поляризационной визуализации, продемонстрировавших определенную перспективность данного подхода (J.M. Schmitt et al., J.S.Tyo et al., J.F. de Boer et al.).

Однако авторы известных работ (R.R. Anderson, N. Kolllas, S.G. Demos, R.R. Alfano, S.L. Jacques и др.) в основном ограничились качественным рассмотрением вопроса поляризационной визуализации рассеивающих сред, содержащих макронеоднородность. В связи с этим исследования влияния оптических свойств рассеивающих сред и геометрии рассеяния на качество поляризационных изображений макронеоднородности в рассеивающей среде являются актуальными.

Все вышеперечисленные факты и обстоятельства позволяют сформулировать основную цель диссертационной работы и определить круг задач, не затронутых другими исследователями и решаемых в данной работе.

2. Цель и основные задачи работы

Основной целью диссертационной работы является развитие оптических методов исследования биотканей в состоянии in vivo, основанных на анализе спектрального состава диффузно отраженного биотканями света и их автофлуоресценции, а также состояния поляризации рассеянного биотканями поляризованного света.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

1. Модельные и in vivo экспериментальные исследования спектров диффузного отражения кожи человека в процессе изменения ее поглощающих (УФА наведенная эритема и пигментация) и рассеивающих (иммерсия кожной ткани) свойств с целью разработки физической модели формирования спектра диффузного отражения кожи.

2. Модельные и in vivo экспериментальные исследования спектров АФ кожи человека в процессе изменения ее поглощающих свойств (УФА наведенная эритема и пигментация) с целью разработки физической модели формирования спектра АФ кожи.

3. Разработка физических основ комплекса методик in vivo определения количественного содержания основных хромофоров кожной ткани по ее спектрам диффузного отражения и АФ.

4. Разработка физических основ и алгоритмов компьютерной визуализации пространственного распределения хромофоров в in vivo кожной ткани, основанная на исследовании цветовых характеристик рассеянного белого света и АФ кожи с целенаправленно изменяющимися параметрами.

5. Теоретическое и экспериментальное исследования влияния параметров рассеивающей среды (анизотропии рассеяния и селективного поглощения) и геометрии детектирования (прошедшее или обратно рассеянное излучение) на релаксацию линейной поляризации распространяющегося в многократно рассеивающей среде когерентного и некогерентного света и степень его остаточной первоначальной поляризации.

6. Теоретическое и экспериментальное исследования спектрального состава разностной составляющей между ко- и кросс-поляризованными компонентами диффузно отраженного биотканью линейно поляризованного излучения и степени его остаточной поляризации с целью разработки комплекса методик определения пространственного распределения в биоткани основных хромофоров и структуры ее подповерхностных слоев.

7. Теоретическое и экспериментальное исследования потенциальных возможностей поляризационного метода визуализации макронеоднородности, внедренной в многократно рассеивающую среду, при использовании в качестве параметров визуализации поляризационных характеристик прошедшего через рассеивающую среду и обратно рассеянного средой света с исходной линейной поляризацией.

3. Научная новизна работы

Научная новизна работы определяется комплексом результатов теоретических и экспериментальных исследований, которые существенно расширяют представления о взаимодействии света с живыми биотканями и возможности исследования биотканей оптическими методами:

1. Впервые in vivo экспериментально исследована временная (45 суток) динамика спектров диффузно отраженного света видимого диапазона и УФА возбужденной АФ кожи с целенаправленно изменяющимися поглощающими свойствами (УФА наведенная эритема и пигментация), а также временная динамика спектра диффузно отраженного света кожей с изменяющимися рассевающими свойствами (иммерсия кожной ткани).

2. Разработана принципиально новая физическая модель кожной ткани, адекватно описывающая формирование спектров диффузного отражения и АФ реальной биоткани.

3. Развит принципиально новый подход для исследования in vivo кожи на основе комбинированного метода отражательной и флуоресцентной спектроскопии, позволивший разработать комплекс методик определения содержания основных хромофоров (оксигенированной и деоксигенированной форм гемоглобина и меланина) кожи и определения оптических свойств фотозащитных и косметических меланинсодержащих препаратов.

4. Впервые теоретически и экспериментально исследованы возможности использования цветовых характеристик диффузно отраженного излучения и АФ in vivo биотканей для количественного определения хромофорного состава. Впервые показана принципиальная возможность количественного определения содержания меланина в волосах путем RGB-анализа их цветных изображений.

5. Впервые in vivo экспериментально исследованы возможности метода визуализации пространственного распределения основных хромофоров кожной ткани, основанного на формировании компьютерных изображений кожной поверхности с индексами эритемы и пигментации в качестве параметров визуализации. Показано существенное увеличение чувствительности контраста компьютерного изображения к изменению содержания хромофоров по сравнению с изображением в белом свете.

6. Теоретически и экспериментально исследована эволюция состояния поляризации когерентного света при многократном рассеянии. Исследовано влияние свойств рассеивающей среды (анизотропии рассеяния) и геометрии детектирования на степень остаточной поляризации излучения с исходной линейной поляризацией, прошедшего через рассеивающую среду с ограниченной геометрией.

7. Теоретически и экспериментально исследована эволюция состояния поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при многократном рассеянии линейно поляризованного света. Впервые получено выражение для оценки предельного значения степени остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при освещении линейно поляризованным светом многократно рассеивающей полубесконечной среды.

8. Теоретически и экспериментально исследовано влияние поглощения рассеивающей среды на степень остаточной поляризации обратно рассеянно-

го излучения при зондировании многократно рассеивающих сред линейно поляризованным светом.

9. Предложен новый метод диагностики биотканей, основанный на анализе спектра степени поляризации и разностного спектра ко- и кросс-поляризованных составляющих диффузно отраженного линейно поляризованного света. Показано, что спектр степени поляризации чувствителен к изменению поглощающих свойств биоткани, а разностный поляризационный спектр - к изменениям структуры и рассеивающих свойств ее подповерхностных слоев.

10. Теоретически обоснован и экспериментально апробирован метод поляризационной визуализации многократно рассеивающей среды, содержащей макронеоднородность, основанный на анализе пространственных распределений степени поляризации прошедшего через среду лазерного излучения с исходной линейной поляризацией.

11. Теоретически обоснован и экспериментально апробирован метод поляризационной визуализации макронеоднородности, погруженной в многократно рассеивающую среду, при использовании в качестве параметров визуализации поляризационных характеристик обратно рассеянного излучения с исходной линейной поляризацией.

4. Практическая значимость

Практическая значимость определяется следующими положениями.

1. Фундаментальные результаты, полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований релаксации поляризации излучения с исходной линейной поляризацией при его распространении в неупорядоченной многократно рассеивающей среде, найдут применение при решении прикладных проблем статистической оптики.

2. Полученные результаты найдут практическое применение в биологии и медицине, в частности:

• в результате выполнения работы разработан комплекс методов и приборов для оценки морфо-функционального состояния in vivo биотканей человека, позволяющий получать объективную информацию о степени выраженности патологических и функциональных изменений в биотканях, а также оценивать эффективность лечения и профилактических мероприятий;

• новый метод оценки эффективности фотозащитных композиций позволил значительно сократить время определения солнцезащитного фактора; с помощью данного метода определен оптимальный режим нанесения наружных препаратов, применяемых совместно с фотохимиотерапией;

• разработанный в процессе выполнения работы оригинальный трехволно-вый зритема-меланинометр не имеет аналогов в России и имеет ряд преимуществ по сравнению с зарубежными аналогами, что определяет перспективу его использования в научных исследованиях и для практического здравоохранения в различных областях медицины.

3. Полученные результаты внедрены в учебный процесс на кафедре оптики СГУ:

• в виде материала, используемого при чтении курса лекций «Оптика биотканей» и специальных курсов лекций «Фундаментальные проблемы со-

временной оптики», «Автоматизированные системы научных исследований» и «Люминесценция и ее биомедицинское применение».

• в виде материала, изложенного в изданных учебных пособиях:

- Д.А.Зимняков, В.И.Кочубей, Ю.П.Синичкин. Специальный оптический практикум. Компьютеризированные спектральные комплексы для биофизических исследований: Учеб. Пособие. - Саратов: Изд-во Сарат. унта, 1999. -56 с.;

- Ю.П.Синичкин, Л.Е.Долотов, ДАЗимняков, В.В.Тучин, С.Р.Утц. Специальный практикум по оптической биофизике. In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека: Учеб. Пособие. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003. - 160 с. (с грифом Минобразования РФ).

• в виде разработки методических основ и постановке Специального практикума по оптической биофизике: in vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека для студентов и аспирантов, обучающихся по специальностям «Биофизика», «Биохимическая физика» и «Медицинская физика».

5. Связь с государственными и международными программами

Исследования по теме диссертации частично выполнялись в рамках научных фантов по программам: АФГИР «Научно-образовательный центр нелинейной динамики и биофизики» (грант № REC-006); РФФИ (гранты №№ 96-1596389, 00-15-96667, 00-02-81014, 01-02-17493); INCO-COPERNICUS (грант № IC15-CT96-0815); Федеральная целевая программа «Интеграция» (грант № 696.2); Научная программа Минвуза РФ «Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук. Университеты России» (гранты №№ 1669, 015.11.01.05, 015.01.01.20); Инновационная научно-техническая программа Минвуза РФ «Исследование, разработка, освоение и выпуск наукоемкой продукции для отраслей народного хозяйства на основе фундаментальных исследований» (проект № МС-38.11); Научно-техническая программа «Лазеры в народном хозяйстве и научных исследованиях» Российского центра лазерной физики (проекты №№ 3.2.16 и 3.2.17); Научно-техническая программа «Лазеры в науках о жизни» Российского центра лазерной физики (проект № 11).

6. Достоверность результатов диссертации

Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается адекватностью используемых физических моделей и математических методов, корректностью используемых приближений, соответствием теоретических выводов с результатами экспериментов. Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается использованием современной измерительной аппаратуры, апробированных методик, воспроизводимостью результатов экспериментов и их соответствием экспериментальным результатам других авторов.

7. Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1. Разработана физическая модель кожной ткани для описания закономерностей формирования спектров диффузного отражения и УФА возбужденной автофлуоресценции кожи. В модели учтены пространственные распреде-

ления рассеивающих свойств и показателя преломления кожи, а также ее хромофоров и флуорофоров.

2. Доминирующим флуорофором в формировании УФА возбужденной автофлуоресценции кожи является коллаген дермы; вклад флуорофоров эпидермиса (кератина и НАД-Н) не превышает 10%.

3. Разработаны методы определения физиологических параметров кожи (содержание меланина и крови, степень оксигенации гемоглобина крови) и солнцезащитного фактора фотозащитных препаратов по спектрам диффузного отражения и автофлуоресценции кожи.

4. Релаксация состояния поляризации света определяется экспоненциальным законом с длиной деполяризации в качестве параметра, определяющего характерное расстояние релаксации поляризации при распространении излучения в рассеивающей среде. В случае детектирования прошедшего через рассеивающую среду излучения длина деполяризации немонотонно зависит от параметра анизотропии рассеяния, достигая максимального значения в области первого резонанса Ми в зависимости сечения рассеяния частицы от дифракционного параметра, в то время как в случае детектирования обратно рассеянного излучения с ростом параметра анизотропии длина деполяризации монотонно убывает.

5. В режиме обратного многократного рассеяния излучения с исходной линейной поляризацией в неупорядоченной среде всегда частично сохраняется поляризация обратно рассеянного излучения, предельная степень которой выражается следующим соотношением:

где - длина деполяризации, ца - коэффициент поглощения, Г - транспортная длина, у - параметр, зависящий от граничных условий.

6. Разработан метод исследования оптических свойств многократно рассеивающих сред с селективным поглощением, включая биоткани, основанный на измерении спектров степени поляризации и разности ко-поляризационной и кросс-поляризационной составляющих диффузно отраженного средой света с исходной линейной поляризацией. Спектр степени поляризации чувствителен к изменению поглощающих свойств биоткани, а разностный поляризационный спектр - к изменениям структуры и рассеивающих свойств ее подповерхностных слоев в пределах длины деполяризации в среде света с исходной линейной поляризацией.

7. Разработан метод поляризационной визуализации многократно рассеивающей среды, содержащей макронеоднородность, основанный на анализе пространственных распределений поляризационных характеристик вперед и обратно рассеянного средой линейно поляризованного света. Качество поляризационного изображения (контраст и резкость) существенно выше по сравнению с традиционными схемами оптической томографии в области переходных режимов рассеяния.

8. Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях и семинарах, в том числе на Междуна-

родных конференциях «Laser Application in Life Science» (LALSA'92, Jyvaskyla, Finland, 1992; LALSA'96, Jena, Germany, 1996); Международных симпозиумах «Biomedical Optics» (Budapest, Hungary. 1993; Lille, France, 1994; Barcelona, Spain, 1995; Vienna, Austria, 1996; Stockholm, Sweden, 1998); Международной конференции «Новые достижения лазерной медицины» (Москва-С.Петербург, 1993); Международном семинаре «Cell and Biotissue Optics: Applications in Laser Diagnostics and Therapy (CBO'93)» (Дубна - Нижний Новгород - Москва, 1993); Международных симпозиумах «Bioengineering and the Skin» (Cincinnati, Ohio, USA, 1994; Zurich, Switzerland, 1996); Международной конференции «The Prevention of Contact Dermatitis (ICPCD)» (Zurich, Switzerland, 1995); 4-ом Конгрессе Европейской академии дерматологии и венерологии (Brussels, Belgium, 1995); Международных симпозиумах «Biomedical Optics» (San Jose, California, USA, 1996, 1999-2002 гг.); VII Российском съезде дерматологов и венерологов (Казань, 1996); 12-ом Международном конгрессе по Фотобиологии (Vienna, Austria, 1996); Международном конгрессе «Clinical Dermatology 2000» (Vancouver, Canada, 1996); Международной конференции «Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении» (Саратов, 1997); IV-ой научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва,, 1997), Всероссийском семинаре «Проблемы и достижения люминесцентной спектроскопии» (Саратов, 1998); 7-ой Международном семинаре по Лазерной физике (LPHYS'98) (Berlin, Germany, 1998); Международном междисциплинарном научном семинаре и осенней школе молодых ученых «Методы светорассеяния в механике, биомедицине и материаловедении» (Саратов, 1998); 5-ой Международной конференции «Optics Within Life Sciences» (Aghia Pelagia, Crete, Greece, 1998); Международных школах для молодых ученых и студентов по Оптике, Лазерной физике и Биофизике (Saratov Fall Meeting) (Саратов, 1999-2002 гг.);

2-ой Международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (Саратов, 2000); Международном симпозиуме «Optics and Optoelectronic Inspection and Control: Techniques, Applications and Instruments» (Beijing, China, 2000); 1-ом Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика - 2001» (Москва, 2001); а также на научных семинарах в Саратовском государственном университете.

9. Публикации

По теме диссертации опубликовано свыше 100 научных работ, в числе которых монография, глава в коллективной монографии, 25 статей в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах, 57 статей в тематических сборниках и трудах научных конференций, 1 свидетельство на полезную модель.

10. Личный вклад соискателя

Постановка основных задач, являющихся предметом исследований в диссертации, принадлежит автору. Автором диссертации проводился выбор методов решения задач, обоснование экспериментальных методик, разработка экспериментального оборудования и проведение экспериментов, разработка моделей для анализа полученных экспериментальных результатов и проведение такого анализа. Разработка алгоритмов и проведение статистическо-

го моделирования выполнено совместно с Зимняковым Д А. и Меглинским И.В На выбор направления научных исследований оказали существенное влияние научные идеи доктора медицинских наук Сергея Рудольфовича Утца, докторов физико-математических наук профессоров Дмитрия Александровича Зимняко-ва и Валерия Викторовича Тучина.

11. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Содержит 364 страницу машинописного текста, включая 11 таблиц и 173 рисунка, и список используемых источников, насчитывающий 562 наименований, в том числе 52 ссылки на основные публикации автора по теме диссертации.

Диссертация является обобщением научных работ автора, выполненных на кафедре оптики и кафедре лазерной и компьютерной физики Саратовского государственного университета, в лаборатории оптики и спектроскопии НИ-ИМФ СГУ и в лаборатории фотобиологии и фотомедицины Саратовского НИИ сельской гигиены Минздрава РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика работы, обоснована актуальность темы, сформулирована цель и основные задачи работы, ее научная новизна и практическая значимость, сформулированы основные результаты и положения, выносимые на защиту, отмечена апробация работы, публикации и личный вклад автора, определена структура и объем диссертации.

В первой главе проведен краткий обзор методов определения оптических свойств биотканей, показано место отражательной и флуоресцентной спектроскопии среди методов исследования биотканей.

Отражательная и флуоресцентная спектроскопия как методы исследования оптических свойств in vivo биоткани являются косвенными методами, требующими привлечения для анализа полученных результатов теоретических моделей.

В свою очередь, успешное применение теоретических методов требует разработки физических моделей биоткани, адекватно описывающих формирование спектров диффузного отражения и АФ.

Кожная ткань являются неоднородной рассеивающей средой с поглощением. В главе приведен подробный анализ спектральных областей поглощения хромофоров кожной ткани и показано, что доминирующими хромофорами в видимом диапазоне спектра являются меланин (эпидермис) и гемоглобин (дерма).

Кожная ткань характеризуется значительным светорассеянием, при этом преобладающим является рассеяние света крупными частицами.

Основной вклад в формирование потока обратно рассеянного кожей излучения видимого диапазона дает дерма; спектр диффузного отражения кожи определяется спектрами поглощения меланина эпидермиса и гемоглобина дермальной крови.

Далее в главе приведен анализ естественных флуорофоров кожной ткани, определяющих ее АФ. Приведены спектральные области поглощения и флуоресценции основных флуорофоров.

АФ кожи в УФ диапазоне спектра обусловлена ароматическими аминокислотами: тирозином и триптофаном.

Определить природу АФ кожи в диапазоне 400-480 нм представляется достаточно сложным. Вероятными претендентами для этой роли являются флуорофоры эпидермиса (кофермент НАД-Н и кератин) и дермы (эластин и коллаген). Проведенные теоретический анализ и экспериментальные исследования изменения спектра АФ кожи в процессе удаления поверхностных слоев эпидермиса позволили сделать вывод о доминирующей роля коллагена в формировании данного вида АФ. Вклад эпидермальных флуорофоров не превышает 10%. Этот результат оказывается важным при моделировании АФ кожной ткани.

При возбуждении в видимом диапазоне спектра (450-500 нм) основной вклад в АФ кожи дают каротиноиды и флавины, а АФ кожи в спектральной области 580-640 нм определяется флуоресценцией протопорфирина IX.

Таким образом, проведенный анализ позволяет создать общую картину формирования спектров диффузного отражения и АФ кожи.

Основные результаты данной главы изложены в работах [1-6].

Во второй главе изложены результаты исследований биотканей методом отражательной спектроскопии.

В начале главы изложены особенности разработанного экспериментального оборудования, позволяющего проводить in vivo измерения спектров диффузного отражения и АФ биотканей. Регистрация спектров обеспечивалось при помощи разработанных автором волоконно-оптических датчиков.

Далее в главе приведены результаты измерений спектров диффузного отражения Rd{%) кожи, проведенных в течение 45 суток после ее облучения УФ светом, и кожи в условиях механической компрессии. Эти воздействия обеспечивали целенаправленные изменения содержания основных хромофоров кожи: крови (гемоглобина) и меланина.

Временные изменения в спектрах Rd(X) кожи после ее облучения УФ светом проявляются в уменьшении коэффициентов отражения в области спектра ниже 600 нм и незначительном их увеличении в области спектра свыше 600 нм (рис. 1). Характер изменений в спектрах Rd(Á) в условиях компрессии противоположен изменениям, обусловленным действию эритемы (рис. 2). Тенденция увеличения диффузного отражения кожи на длинах волн 460 и 575 нм и уменьшения отражения на длине волны 650 нм отмечается в диапазоне давлений на кожу до 105 Па; при давлениях порядка 105 Па кожная ткань становится обескровленной.

Эти результаты являлись исходными данными при теоретическом рассмотрении формирования спектров диффузного отражения кожи с изменяющимися параметрами. Диффузное отражение кожи на разных длинах волн рассчитывалось с помощью метода Монте Карло с учетом многослойности кожной ткани, эффектов отражения и преломления света на границах слоев и геометрии освещения и детектирования. За основу взята шестислойная модель кожи (роговой слой, живой эпидермис, папиллярная дерма, дерма с по-

верхностным сплетением сосудов, ретикулярная дерма и дермис с глубоким сплетением сосудов), соответствующая реальной биоткани. В отличие от известных моделей при моделировании учитывалось распределение крови по всему объему дермы в соответствующих пропорциях.

О 12 24 4« 72 « 120 Чкы

2£ 30 36 40 45 Дни

Рис. 1. Динамика изменения Я^ кожи в процессе развития эритемы и пигментации

— р-°

— р = 2 8*10 Па

— р - 5 fi ч ш* Па

— р - 84* ГО1 Па -- р - 1 1 * 10* На --р- 1 4*10 Па

300 550 600

Длина ВОЛНЫ, НМ

Рис. 2. Спектры Я11(Л) кожи с эритемой в условиях механической компрессии разной степени.

Сопоставление результатов эксперимента и моделирования позволило определить оптические параметры кожной ткани, при которых достигалось минимальное расхождение между экспериментом и моделированием.

Далее в главе рассматривается вопрос, касающийся количественной оценки содержания хромофоров по спектрам Rd(Á). Такая оценка проводилась путем анализа величины «эффективной оптической плотности» среды OD, связанной с коэффициентом диффузного отражения Rd соотношением

OD = -lg(^).

В результате проведенного анализа выявлено, что данный параметр эффективен при определении поглощающих свойств хромофоров, локализованных вблизи поверхности среды.

Данный вывод позволил разработать феноменологическуя модель для анализа спектра Rd{X) (рис. 3), позволяющую проводить in vivo оценку хромофорного состава кожи (меланина и гемоглобина) путем анализа спектра OD(A), при этом величина OD определяется следующим образом:

где , и £d¿°xy - коэффициенты экстинкции хромофоров; Сте!, Сте, и С , - концентрации хромофоров в соответствующих слоях кожной ткани толщиной d2vi d3 \ RdA - коэффициент диффузного отражения дермы.

Модель позволила интерпретировать экспериментальные результаты с точки зрения изменения содержания хромофоров в коже, в частности, в первые сутки после УФ облучения количество крови в дерме увеличилось в 1,5 раза (рис. 4), а сравнение величин OD, определенных через разные временные интервалы после облучения (3 и 30 суток) дает изменение AOD = 0,1, ко-

торое обусловлено увеличением содержания меланина в коже (УФ замедленная пигментация) на величину, эквивалентную 40 мг/мл ДОФА-меланина.

In vivo количественная оценка содержания хромофоров в кожной ткани возможна путем введения индексов пигментации, рассчитываемых по значениям OD в конфетных спектральных интервалах.

В главе дан подробный анализ методов определения индексов эритемы (определяет количество крови в кожной ткани) и меланиновой пигментации (определяет количество меланина в кожной ткани), а также методов определения степени оксигенации гемоглобина крови.

О 12 21 «8 72 96 120 144166 Часы

10 15 20 25 30 Зв 40 4S

Дни

Рис. 3. Модель кожи

Рис. 4. Временная зависимость оптической плотности in vivo кожи после УФ облучения

Феноменологическая модель позволила разработать трехволновый метод in vivo определения индексов эритемы и меланиновой пигментации кожи человека, в котором учтены рассеивающие свойства кожной ткани в случае определения индекса меланина и рассеивающие свойства кожной ткани и поглощение меланина в случае определения индекса эритемы.

Метод основан на определении OD кожи на трех длинах волн (Л,, Я,,

/¡з), две из которых (^ = 650 нм. А, = 710 нм) служат для определения индекса меланина согласно соотношению

М = к

ОР2-ОР3) Из

(1)

где АЛзз = Я3-Л2] к - нормировочный множитель. Комбинация значений СЮ, одно из которых (00,) определено для длины волны \ = 560 нм, а второе (СЮ2) - для длины волны Я,, позволяет определить индекс эритемы

£ = 100

(2)

где АЯ,2 = Л2-Л].

Трехволновый метод положен в основу разработанного прибора, описание и результаты апробации которого приведены в Главе 4.

На основе феноменологической модели разработан метод определения содержания гемоглобина крови и степени его оксигенации, который позволяет исследовать динамику изменения данных параметров в процессе внешних

воздействий на организм человека. В главе приведены результаты апробации метода в условиях in vivo в случае окклюзии кровеносных сосудов.

В заключительном разделе главы изложены результаты исследования изменений рассеивающих свойств биотканей при воздействии осмотически активных иммерсионных жидкостей как на in vitro образцах, так и в условиях in vivo.

В условиях in vitro исследовалась временная динамика пропускания образцов биоткани (склеры человека и кожной ткани крысы) под воздействием различных осмотически активных субстанций (водные растворы глюкозы, глицерина и пропиленгликоля разной концентрации).

Получено, что характерное время просветления образцов склеры в результате применения раствора глюкозы составляет 6-8 минут, а для образцов кожной ткани - 3,5 часа, что обусловлено меньшей диффузией иммерсионной жидкости в дерму кожной ткани через роговой слой эпидермиса и через жировой слой по сравнению со склерой.

Данные результаты являются важными с точки зрения прогнозирования результатов применения осмотически активных веществ к живым биотканям.

В условиях in vivo исследовалась транссклеральная диффузия 40% водного раствора глюкозы в склеру глаза кролика. Уменьшение коэффициента диффузного отражения склеры после нанесения иммерсионной жидкости соответствует результатам in vitro исследований и объяснимо с точки зрения обратного рассеяния света от рассеивающего слоя.

Исследования просветления in vivo кожи человека под действием иммерсионных жидкостей проводились при разных условиях их применения.

После инъекции глюкозы в кожную ткань в течение последующих 40 мин наблюдается процесс постепенного уменьшения диффузного отражения, причиной которого является просветление биоткани, при этом кожная ткань остается просветленной в течение нескольких часов. Полученные результаты позволили впервые определить коэффициент диффузии глюкозы в дерме кожи живого человека как Dg¡uc = (2,56 + 0,13) х 10"6 см2/с.

При транскутанном воздействии иммерсионых жидкостей диффузное отражение изменялось незначительно вследствие малой диффузии осмоти-ков через роговой слой кожной ткани.

Основные результаты данной главы изложены в работах [1,2,7-22].

В третьей главе изложены результаты исследований биотканей методом флуоресцентной спектроскопии.

В начале главы представлены экспериментальные результаты спектральных исследований АФ кожи в процессе формирования УФ эритемы и пигментации, проведенные в течение 45 суток после УФ облучения кожи, а также кожи в условиях механической компрессии.

Основными изменениями в спектре АФ явились значительное уменьшение интенсивности АФ по мере развития эритемы (рис. 5) и увеличение интенсивности АФ в условиях компрессии (рис. 6).

Уменьшение интенсивности АФ в первые 3-4 дня после облучения обусловлено увеличением содержания крови в папиллярной дерме и верхнем сосудистом сплетении дермы, а в последующие дни - увеличением содержания меланина в эпидермисе, что подтверждается, в частности, отмеченным увеличением интенсивности АФ после десквамации кожи на 7-9 сутки после об-

лучения. Увеличение интенсивности АФ кожи в условиях компрессии является следствием уменьшения содержания крови.

Интенсивность фпупрестданщт отн ел

Аз

- нормальная кожа -R-0

-р»1 4 » 10* Па

- р>84 >10* Па

- ра 1 4 « 10® Па

/ 1

Длина волны ни

Рис. 5. Временная динамика спектра АФ кожи после ее УФ облучения = 337 нм)

Рис. 6. Спектры АФ кожи с эритемой при разной величине внешнего механического давления

Для подтверждения предположения о доминирующей роли коллагена дермы в формировании АФ кожи проведено моделирование АФ методом Монте Карло на основе шестислойной модели кожной ткани, которая использовалась при моделировании диффузного отражения.

Полученные при моделировании изменения в интенсивности АФ хорошо соответствуют результатам эксперимента.

Особое внимание в главе уделено возможности оценки по спектрам АФ содержания хромофоров. Разработанная феноменологическая модель кожи (рис. 7) позволила ввести в качестве характеристики поглощающих свойств кожной ткани величину «эффективной оптической плотности» кожи 00*. которая определяется концентрациями хромофоров:

Iaf^FL)

= 1 gejO^J + e*^)]^,

где /0(А£л-) и 1АР(Лп) - интенсивности возбуждающего излучения и АФ; ^¿¿д-Д^,) - квантовый выход флуоресценции кожи (коллагена дермы);

и £*(ЯП ) - коэффициенты экстинкции хромофоров кожи на длинах волн возбуждающего излучения и флуоресценции, С, - их концентрация, с!1 -толщина слоя, где они залегают. Изменения СЮ* определяются изменениями в интенсивности АФ:

AOD* = OD;-OD* = lg

AF,\ t AF,2

где 1А1Т] и 1АР2 - два сравниваемых значения интенсивности АФ кожи (при

идентичных условиях измерения). Изменения хромофорного состава кожи после ее УФ облучения (рис. 8) соответствуют данным, полученным методом отражательной спектроскопии.

Феноменологическая модель дает возможность путем измерения интенсивности АФ кожи in vivo определения индексов эритемы и пигментации кожи. В качестве индекса эритемы кожи предлагается величина

где СЮд, и OD*, - эффективные оптические плотности нормальной кожи и кожи с эритемой, а индекс меланиновой пигментации определяется согласно аналогичному выражению, где величины OD*, и OD^ определяются для кожи, подвергнутой давлению ~ 105 Па (бескровная дерма).

Далее в главе приводятся результаты применения комбинированного метода отражательной и флуоресцентной спектроскопии исследования кожи.

ё О 1 в

s i « s

1 i 7

i 09

i 06

i 0.3

Л О 00

• 420 HM

• 460 нм

sX

r

О 12 24 3« 48 72 9в 120144 188 9 15 21 24 30 35 40 42

Часы Дш

Рис 7. Модель АФ кожи

Рис. 8. /л vivo динамика эффективной оптической плотности кожи после ее УФ облучения (Лех = 337 нм)

Приводится разработанный метод определения солнцезащитного фактора (СЗФ) фотозащитного препарата (ФП).

Задача определения СЗФ сводится к измерению спектра пропускания ФП в УФ диапазоне. Предложенный в работе алгоритм, основанный на измерении интенсивности АФ кожи до и после нанесения ФП, позволяет определить величину пропускания Т(ЯЕХ) ФП для разных длин волн Л^ спектра возбуждения АФ, а, следовательно, и величину СЗФ ФП в УФА диапазоне спектра.

Приведенные в главе результаты исследования целого ряда ФП показали не только адекватность полученных результатов данным по величине СЗФ, приведенным фирмами-производителями ФП, но и определенные преимущества разработанного метода по сравнению с существующими. В частности, предложенный метод существенно сокращает время определения СЗФ и позволяет изучать временную динамику характеристик ФП после нанесения препарата на кожу. Метод особенно эффективен на этапе разработки новых ФП, а также при проведении их сертификационных исследований.

Метод применим также для оценки СЗФ препаратов, применяемых совместно с фотохимиотерапией, а также для оценки количества меланина, вносимого в кожу при использовании меланиносодержащих композиций.

Результаты оценок изменения содержания меланина в коже после применения меланинсодержащего препарата, проведенных путем сравнения

спектров OD и OD* кожи в диапазоне длин волн свыше 620 нм до и после применения препарата, практически совпадают.

В главе также рассмотрена возможность коррекции спектров АФ кожи на эффект внутреннего поглощения. В качестве фактора коррекции спектра АФ используется величина J.Rd(X)\ скорректированный спектр определяется путем деления измеренного спектра на фактор коррекции.

В заключительной части главы приведены результаты некоторых применений флуоресцентной спектроскопии в дерматологии. В частности, показана перспективность флуоресцентной диагностики при оценке реакции кожи на воздействие местно-раздражающих агентов; оценке глубины проникновения в кожную ткань и времени нахождения в ней используемых при ПУФА-терапии псориаза псораленов; в процессе мониторинга изменения кровотока в коже в условиях прекращения венозного оттока.

Основные результаты данной главы изложены в работах [1,2,6,23-33].

Четвертая глава посвящена in vivo колориметрии биотканей.

В начале главы рассмотрены физические принципы формирования и оценки воспринимаемого цвета биоткани. Воспринимаемый цвет биоткани зависит от многих факторов, включающих ее структуру и компонентный состав, характеристики источника освещения и приемника излучения. На примере кожной ткани показано, каким образом происходящие в ней морфологические изменения проявляются в изменениях ее цвета.

Далее излагаются результаты исследований влияния хромофорного состава кожной ткани на цветовые характеристики диффузно отраженного ей белого света и ее АФ. В основе цветового анализа спектров диффузного отражения и АФ кожи положен спектральный метод колориметрии. Новизну полученных результатов определяет впервые проведенная количественная оценка изменения цвета УФА возбужденной АФ кожи в результате изменения ее морфологического состояния.

Цветовые характеристики диффузно отраженного кожей белого света и ее АФ определялись с помощью колориметрических систем MK01931(ATZ) и MK01976(£V6*). Использование последней оправдано тем, что она положена в основу широко применяемого в дерматологии колориметра Minolta Chroma Meter, что позволяет сравнивать результаты наших исследований с литературными данными.

В главе проанализированы изменения цветовых характеристик диффузно отраженного белого света и АФ кожи в процессе развития УФ эритемы и пигментации и при механической компрессии.

В случае отраженного света по мере развития эритемы параметр hue уменьшается, а при увеличении компрессии увеличивается. Параметры chroma и L* изменяются незначительно, и цветовое различие АЕ" разных состояний кожной ткани определяется изменением параметра hue.

Изменение цвета АФ кожи, происходящее в результате этих двух процессов, носит иной характер. Изменение параметров hue и chroma не столь значительно (chroma уменьшается по мере уменьшения содержания крови), и цветовое различие АЕ* определяется изменением параметра С.

Таким образом, существует явная корреляция между интенсивностью АФ кожи и яркостью цвета ее АФ, при этом область изменения АЕ* в случае

АФ больше по сравнению с диффузно отраженным белом светом. Это дает основание говорить о большей чувствительности колориметрии АФ по сравнению с применяемым в настоящее время методом колориметрии.

Далее в главе приводятся некоторые результаты применения в дерматологии разработанного прибора эритема-меланинометра ЭММ-01.

В основу прибора, не имеющего аналогов в России и странах СНГ, положена разработанная трехволновая методика определения индексов эритемы (£) и меланиновой пигментации (М).

Модельные и in vivo эксперименты показали не только хорошее соответствие результатов сравнительных измерений индексов Е и М кожи типов I-IV, выполненных на ЭММ-01 и приборах Mexameter МХ-16 (Courage + Khazaka electronic GmbH, ФРГ) и Minolta® CR-200b (Higashi-Ku, Осака, Япония), но и показали возможность определения с помощью ЭММ-01 индексов пигментации кожи типов V-VI.

Результаты определения индексов Е и М в процессе формирования УФ эритемы с помощью ЭММ-01 и по данным отражательной спектроскопии на стационарном оборудовании также продемонстрировали хорошее соответствие между двумя методами.

Достаточно высокая чувствительность ЭММ-01 также наглядно продемонстрирована при оценке выраженности основных фотобиологических эффектов после УФ облучения (24-часовая эритема). Полученные данные свидетельствуют о том, что увеличение индекса эритемы прямо пропорционально (г = 0,89, р < 0,01) повышению показателя объемного кровотока в коже.

Использование ЭММ-01 для определения начальной дозы УФА излучения перед ПУФА терапией показало, что предлагаемый способ является более надежным по сравнению с ориентацией на тип кожи: корреляционная связь между минимальной фототоксической дозой (МФД) и М оказалась значительно сильней, чем между МФД и типом кожи (г = 0,79 и г = 0,52, соответственно, р < 0,05).

Далее в главе приведены результаты исследования биотканей с помощью метода компьютерной визуализации:

1) показана возможность определения площади патологического участка кожной поверхности и оценки содержания меланина в волосах методом RGB-анализа цветных изображений объектов;

2) показана возможность определения пространственного распределения крови и меланина в кожной ткани путем формирования компьютерного изображения объекта с индексами эритемы и пигментации в качестве параметров визуализации. Контраст компьютерного изображения областей с повышенным содержанием меланина и крови в 3-4 раза выше по сравнению с изображением в белом свете.

Основные результаты данной главы изложены в работах [12-14,34-37].

В пятой главе приведены результаты исследования влияния анизотропии рассеяния и поглощения рассеивающей среды на релаксацию поляризации зондирующего света с начальной линейной поляризацией.

В начале главы изложена разработанная феноменологическая модель релаксации линейной поляризации света, распространяющегося в многократно рассеивающей среде.

Степень поляризации может быть представлена в виде преобразования Лапласа функции плотности вероятности р(.ч) эффективных оптических путей парциальных составляющих для заданных условий наблюдения рассеянного поля:

|ехР -4- />(*)<&

Р = *— -, (3)

где £р - длина деполяризации рассеивающей среды, контролирующая скорость релаксации исходного состояния поляризации зондирующего пучка при его распространении в среде. Длина деполяризации зависит от оптических свойств и размеров рассеивающих центров (дифракционного параметра ка, к - волновое число распространяющегося в среде света, а - размер рассеивающей частицы). В качестве оптических характеристик рассеивающей среды, от которых зависит функция плотности вероятности р(х), рассматривается транспортная длина /* и параметр анизотропии рассеяния g.

Предложенная феноменологическая модель использовалась для интерпретации результатов экспериментальных исследований релаксации степени поляризации линейно поляризованного излучения в неупорядоченной многократно рассеиваемой среде при прохождении через нее когерентного света и при обратном рассеянии некогерентного излучения.

В случае детектирования прошедшего через среду излучения зависимость длины деполяризации от параметра анизотропии рассеяния среды

определялась путем оценки масштабного множителя К-^рЧ*, проведенной сравнением наклонов экспериментальных зависимостей !§/»=/(!//) и теоретических кривых 1 %Р = /*(!//*) (рис. 9).

Сопоставление экспериментальных данных с расчетными позволили сделать вывод о том, что максимальное значение К имеет место для значения дифракционного параметра рассеивающих частиц, соответствующего первому максимуму в зависимости сечения рассеяния от ка, рассчитанной по теории Ми.

В случае детектирования некогерентно обратно рассеянного излучения с исходной линейной поляризацией соотношение между степенью остаточной поляризации обратно рассеянного света и оптическими свойствами рассеивающей среды найдено на основе принципа подобия в условиях многократного рассеяния:

'-г Р 3 ' 3 ^

= 26ХР 1

где т, = £,РИ" - нормированная длина деполяризации.

Для количественного анализа влияния дифракционного параметра на т[ было проведено статистическое моделирование процесса рассеяния линейно поляризованного света неупорядоченной системой непоглощающих диэлектрических сфер с различными значениями дифракционного параметра.

Результаты статистического моделирования подтверждают вывод о существенном различии длины деполяризации линейно поляризованного излучения при рассеянии вперед и обратном рассеянии. В случае существенно анизотропного (ка = 7,0; g ~ 0,92) рассеяния нормированная длина деполяризации при рассеянии вперед составляет величину »Ц 0 » 9,4, а при обратном рассеянии т'10 « 1,4, т.е. близка к 1. В случае изотропного рассеяния {ка = 0,5) оба значения нормированной длины деполяризации близки друг к другу.

' 1,07 мим

0,48 МММ » .

ш 0,605 мни

0,261 ш ° 2,19 им

20 40 60 80 100 1Л

0.01

1-^/7* = 10

2-?,/7» =5

3-?р/7' =25

4-{рА' = 125

5- (-/Г =063

а б

Рис. 9. Экспериментальные (а) и теоретические (б) зависимости степени поляризации излучения, прошедшего многократно рассеивающий слой толщиной I.

Результаты моделирования подтверждают факт существования предельной степени остаточной поляризации обратно рассеянного полубесконечной средой излучения с исходной линейной поляризацией.

С целью проверки результатов теоретического анализа были выполнены измерения степени остаточной линейной поляризации когерентного лазерного излучения при обратном рассеянии (рис. 10). Полученные результаты показывают, что переход от геометрии рассеяния в «оптически тонком слое» к геометрии рассеяния в «полубесконечной среде» проявляется в виде плато на зависимости Р от концентрации рассеивателей в области определенных концентраций (определенных значений £//*). Соответствующие значения Р зависят только от нормированной длины деполяризации, но не зависят от концентрации рассеивателей, что согласуется с теоретической моделью. Минимальные значения Р (область плато) соответствуют Ь/Г ~ 20+30.

В результате экспериментальных исследований получено, что в режиме многократного обратного рассеяния коллимированных линейно поляризованных пучков неупорядоченными средами с % <=> 0,90^-0,95 длина деполяризации = /* и соответственно « ехр (-3,55) « 0,0287. Данная величина может

рассматриваться как предельная степень остаточной поляризации при обратном рассеянии для сред, характеризуемых указанными значениями параметра анизотропии. В случае же рассеивающих сред с % » 0 (полистироловые частицы диаметром 0,091 мкм) соответствующее предельное значение близко к 0,28. Эти результаты хорошо согласуются с результатами моделирования и

результатами, полученными другими авторами при исследовании временных корреляционных функций и когерентного обратного рассеяния.

5 0,12

0,10

0.08

0.0«

0,04

0,02

5

о-2

£ Рис.10 Экспериментальные зависимости

о степени остаточной поляризации для вод-

о,, ных суспензий полистироловых сфер с!=

1,07 мкм в воде от параметра ЫГ.

} о о 1 - Л=633нм, 2-¿=488 нм, 3 -Р.

-5-

50 Ш*

В заключительной части главы приведены результаты исследования влияния поглощения многократно рассеивающих сред на степень остаточной поляризации обратно рассеянного излучения.

Путем модификации рассмотренного ранее феноменологического подхода получено приближенное аналитическое выражение, описывающее взаимосвязь между степенью остаточной линейной поляризации Р обратно рассеянного излучения и коэффициентом поглощения рассеивающей среды:

Р » 1,5ехр

~7

ЗГ0+//Л) ^

На

(5)

где /ла - коэффициент поглощения.

Селективное поглощение рассеивающей среды, обусловленное наличием определенных хромофоров, должно приводить к возрастанию степени остаточной поляризации обратно рассеянного излучения в спектральных интервалах, соответствующих полосам поглощения хромофоров.

Данный факт был экспериментально проверен на модельных средах (молоко с введенными пищевыми красителями) (рис. 11). Зависимости степени остаточной поляризации от коэффициента поглощения хорошо аппроксимируются приближенным аналитическим выражением (5) при использовании и Г как подгоночных параметров.

0.20

|1, от, .

450 500

650 700

X. нм

Рис. 11 . Спектральные зависимости

степени остаточной поляризации для цельного молока при различных концентрациях красителя (1-4 - увеличение поглощения)

Таким образом, спектральный анализ степени остаточной поляризации, в том числе и с использованием технологии введения в исследуемые среды пробных веществ с селективным поглощением, может быть предложен в качестве нового метода исследования оптических свойств многократно рассеивающих сред, включая биоткани.

Основные результаты данной главы изложены в работах [38-44].

Шестая глава посвящена поляризационной визуализации рассеивающих сред

В первой части главы представлены результаты исследований естественных ограничений качества формируемых изображений макронеоднородности, погруженной в многократно рассеивающую изотропную среду, при использовании в качестве параметра визуализации степени остаточной поляризации прошедшего через среду излучения. Использовалась модель рассеивающей среды в форме плоского слоя, содержащего неоднородность - поглощающую полуплоскость, параллельную границам среды.

Теоретический анализ влияния оптических свойств среды и геометрии рассеяния на поляризационные характеристики детектируемого излучения проведен в рамках рассматриваемого в работе феноменологического подхода. Используя выражение (3) рассчитывались значения степени поляризации детектируемого рассеянного излучения для заданных положений полуплоскости относительно оси освещающего пучка (АХ), при этом статистика оптических длин пути л- оценивалась путем моделирования методом Монте Карло, а значение длины деполяризации £р использовалось в качестве свободного параметра при аппроксимации полученных в эксперименте значений степени поляризации теоретическими зависимостями Р = Р(АХ).

В ходе эксперимента для различных значений концентрации модельной рассеивающей среды (водные эмульсии интралипида и молока) измерялись средние значения интенсивности ко- и кросс-поляризованных составляющих рассеянного поля и полная интенсивность рассеянного излучения в зависимости от ДХ. По результатам измерений восстанавливались зависимости степени поляризации Р = Р(АХ) и нормированной интенсивности / //0 = Ф(ЛА'),

интерпретируемые как изображения края полуплоскости (/0 - интенсивность детектируемого излучения в отсутствие поглощающей полуплоскости).

Качественное сравнение зависимостей ^> = F(ДX) и ///„ = Ф(АА') (рис. 12), полученных для различных концентраций рассеивающей среды, приводит к выводу о том, что размеры переходной области для кривых Р = Р(АХ) гораздо менее критичны к изменению концентрации рассеивающей среды, чем в случае использования нормированной интенсивности как параметра визуализации. Количественный критерий качества формируемого изображения -«резкость изображения» как величина, обратная размерам переходной области, по крайней мере, в 1,5 раза лучше в случае поляризационного изображения.

Во втором разделе главы представлены результаты исследований влияния оптических свойств рассеивающих среды на качество поляризационных изображений погруженной в рассеивающую среду макронеоднородности при детектировании обратно рассеянного излучения с исходной линейной поляризацией. Использовалась модель рассеивающей среды в форме плоского

слоя, содержащего поглощающую неоднородность в форме пластины, параллельной границам среды.

•«•ет«:;'»;"

а б

Рис. 12. Зависимости нормированной интенсивности I /10 (а) и степени

поляризации Р (б) детектируемого излучения от величины смещения края

полуплоскости ДА'.

В качестве параметра, характеризующего качество изображения неоднородности, выбран контраст формируемого поляризационного изображения

рт _ рЬаск

V = 1 \ . , (6)

рт рЬаск ' 4 '

где Р[" - степень остаточной линейной поляризации обратно рассеянного излучения, детектируемого в области локализации неоднородности; р£аск - аналогичная величина, определяемая вдали от области локализации неоднородности.

Проведенный в рамках феноменологического подхода теоретический анализ влияния оптических свойств рассеивающей среды и геометрии рассеяния (глубины расположения неоднородности Я) на качество поляризационного изображения неоднородности показал, что максимальное значение контраста поляризационного изображения с использованием Р в качестве параметра визуализации достигается для глубины локализации поглощающей макронеоднородности порядка (1н-1,5)Г. Увеличение глубины расположения неоднородности приводит к смещению максимума контраста поляризационного изображения в область меньших значений параметра НИ* (Я - толщина рассеивающего слоя), что соответствует уменьшению концентрации рассеивающих частиц.

Сравнение контраста экспериментально полученных изображений неоднородности, формируемых с помощью различных характеристик обратно рассеянного излучения как параметров визуализации (рис. 13), показало, что максимальное значение V (« 0,48) достигается для степени поляризации Р, причем максимум контраста в данном случае смещен в область больших концентраций рассеивающей среды по сравнению с другими параметрами визуализации. Максимум контраста поляризационного изображения неоднородности достигается при Я» 0,62/*, что согласуется с результатами статистического моделирования. Максимальное значение контраста поляризационного

изображения 0,48) также находится в удовлетворительном соответствии с результатами моделирования, дающего значения контраста порядка 0.55+0.60 для малых значений параметра Н/Н.

Сопоставление экспериментальных данных и результатов статистического моделирования позволяет сделать вывод, что максимальное значение контраста поляризационного изображения достигается для значений глубины погружения поглощающей неоднородности в рассеивающую среду порядка (0,25+0,6)^ (в зависимости от степени остаточной поляризации обратно рассеянной фоновой составляющей, детектируемой вне области локализации неоднородности).

Рис. 13. Зависимость контраста изображения поглощающего объекта от объемной концентрации молочной эмульсии при использовании в качестве параметра визуализации нормированной интенсивности неполяризованного света (1), интенсивности ко-поляризованной (2) и кросс-поляризованной (3) составляющих и степени поляризации (4) обратно рассеянного излучения

В заключительном разделе главы рассмотрен новый метод in vivo поляризационной отражательной спектроскопии биотканей.

Реализация метода основана на измерении спектров ко-поляризованного, Rpar(X), и кросс-поляризованного, Rper(X), компонентов

обратно рассеянного излучения. Из измеренных спектров РРАК(Л) и Ярея{Л) формировались разностные поляризационные спектры Д/?(Л.) и спектры степени поляризации отраженного от объекта излучения Р(Л).

Получено, что спектры эффективной оптической плотности кожи и степени остаточной поляризации (рис. 14) практически идентичны, что позволяет путем измерения спектров степени остаточной поляризации отраженного кожей излучения селективно отслеживать изменение концентрации хромофоров в кожной ткани.

Отмечено, что степень остаточной поляризации непосредственно связана с увеличением содержания хромофора независимо от причины, вызвавшей такое изменение. В частности, спектры степени остаточной поляризации излучения, отраженного кожей с эритемой одинаковой степени, но вызванной разными причинами (УФ облучением кожи или послойным удалением эпидермиса) практически идентичны.

В отличие от спектров Р(Л) проявление полос поглощения гемоглобина в разностном поляризационном спектре (рис. 15) позволяет получить информацию о глубине локализации кровеносных сосудов в кожной ткани. Определено, что полосы поглощения гемоглобина начинают проявляться при удалении поверхностного слоя эпидермиса толщиной порядка 40 мкм.

00 05 1 0 15 20 25 30 С %

5000 5500 6000 ОНО 7000 Длина вслед hM

0075 -. ■ i---1-1-,---,—

5000 5500 6000 6500 7000 Д птаеолед ил

Рис. 14. Спектры степени поляризации излучения, отраженного кожей с эритемой разной степени. 1 -£ = 157;2- £=223; 3- £=249;4-£ = 275; 5- £=290

Рис 15. Изменение разностных поляризационных спектров кожи по мере послойного удаления поверхностных слоев эпидермиса: 1 - нормальная кожа; 2-40 мкм; 3-50 мкм; 4-60 мкм; 5-70 мкм

Таким образом, метод поляризационной отражательной спектроскопии кожи открывает новые возможности перед экспериментальной и клинической дерматологией. Он позволяет визуализировать структуру поверхностных слоев биотканей в пределах, определяемых величиной длины деполяризации среды.

Основные результаты данной главы изложены в работах [38-40,45-50].

Основные результаты и выводы работы можно кратко сформулировать в следующем виде.

1. На основе единого подхода, базирующегося на математическом моделировании и впервые проведенных длительных in vivo экспериментальных исследованиях динамики спектров диффузного отражения кожной ткани с целенаправленно изменяющимися свойствами, разработана физическая модель кожной ткани, адекватно описывающая особенности формирования спектра ее диффузного отражения. Определены исходные геометрические и оптические параметры модели, позволяющие моделировать реальные спектры диффузного отражения кожной ткани при изменениях в ее морфо-функциональном состоянии. Показано, что в условиях детектирования излучения, близких к условиям регистрации излучения с помощью интегрирующей сферы, изменение рассеивающих свойств в меньшей степени по сравнению с поглощением определяет изменения спектра диффузного отражения.

2. Разработанная физическая модель кожной ткани позволила с помощью параметра «эффективная оптическая плотность» количественно оценивать по спектрам диффузного отражения кожи содержание основных ее хромофоров (меланина и гемоглобина крови). Выявлены границы применимости данного параметра для оценки содержания хромофоров, обусловленные пространственным распределением хромофоров в объеме биоткани Параметр эффективен при определении поглощающих свойств хромофоров, локализо-

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

ванных вблизи поверхности среды; в случае их равномерного распределения по объему среды правомерно использование параметра при условии слабой спектральной зависимости рассеивающих свойств среды.

3. Разработаны методы in vivo определения физиологических параметров биоткани по спектрам диффузного отражения кожи, в частности, трехвол-новый метод in vivo определения индексов эритемы и меланиновой пигментации кожи человека, в котором учтены рассеивающие свойства кожной ткани в случае определения индекса меланина и рассеивающие свойства кожной ткани и поглощение меланина в случае определения индекса эритемы, и метод определения содержания гемоглобина и степени его оксигенации, позволяющий исследовать динамику изменения данных параметров в процессе внешних воздействий на организм человека.

4. В результате проведенных in vitro и впервые in vivo экспериментальных исследований определена динамика рассеивающих свойств биотканей (склеры и кожи) в результате воздействия осмотически активных иммерсионных субстанций. Выявленные различия в поведении отклика среды на иммерсию, связанные с условиями эксперимента (/л vitro или in vivo), позволили сделать вывод о необходимости учета побочных эффектов, связанных с процессом иммерсии биотканей в условиях in vivo.

5. На основе единого подхода, базирующегося на математическом моделировании и впервые проведенных длительных in vivo экспериментальных исследованиях динамики спектров УФА возбужденной АФ кожной ткани с целенаправленными изменяющимися свойствами, разработана физическая модель кожной ткани, адекватно описывающая особенности формирования спектра ее АФ. Определено, что основной вклад в АФ кожи в данном спектральном диапазоне дает коллаген дермы, а вклад флуорофоров эпидермиса (кератина и НАД-Н) не превышает 10%. Наблюдаемый спектр флуоресценции формируется за счет эффекта внутреннего фильтра, связанного с поглощением основных хромофоров кожной ткани.

6. Разработанная физическая модель кожной ткани для анализа спектров ее АФ позволила путем введения нового параметра «эффективная оптическая плотность» количественно оценивать по спектрам АФ кожи содержание основных ее хромофоров (меланина и гемоглобина крови).

7. Введенный параметр «эффективная оптическая плотность» биоткани позволил разработать новые методы in vivo определения индексов эритемы и меланиновой пигментации кожи по спектрам ее АФ, возбужденной УФА излучением.

8. Показано, что корректная оценка солнцезащитного фактора (СЗФ) фотозащитных препаратов (ФП) может быть получена лишь при исследованиях in vivo, когда учитываются изменения оптических свойств эпидермиса, являющиеся результатом применения наружного препарата. Разработан новый метод определения СЗФ ФП, основанный на in vivo измерении интенсивности УФА возбужденной АФ кожи и спектров ее диффузного отражения до и после нанесения ФП. Метод существенно сокращает время исследования и позволяет изучать временную динамику СЗФ. Аналогичный подход применим и для оценки СЗФ наружных препаратов, применяемых совместно с фотохимиотерапией, а также для оценки количества меланина, вносимого в кожу при использовании меланинсодержащих композиций.

9. Показаны возможности in vivo флуоресцентной спектроскопии в дерматологии, в частности, для оценки реакции кожи на воздействие местно-раздражающих агентов, мониторинга изменения кровотока в условиях прекращения венозного оттока, оценки глубины проникновения и времени присутствия псораленов в кожной ткани.

10. Развит метод in vivo спектральной колориметрии биотканей, при этом впервые показана возможность использования цветовых характеристик АФ кожи для анализа ее морфо-функционального состояния. Исследования цветовых характеристик рассеянного белого цвета и АФ кожи с изменяющимися параметрами (УФ наведенные эритема и пигментация) показали, что увеличение содержания крови в кожной ткани сопровождается уменьшением величины цветового параметра hue в случае отраженного белого света и величины параметра С в случае АФ. Цветовое различие ÁE между нормальной и патологической кожей может служить критерием оценки происходящих в коже изменений хромофорного состава.

11. Разработанная трехволновая методика определения индексов эритемы и пигментации кожи реализована в компактном приборе эритема-меланинометре ЭММ-01. Продемонстрирована достаточно высокая чувствительность ЭММ-01 при оценке выраженности основных фотобиологических феноменов после УФ облучения. Предложено использовать ЭММ-01 для определения типа кожи человека и начальной дозы УФА излучения перед фотохимиотерапии (ПУФА-терапии) псориаза.

12. Разработаны физические основы и алгоритмы компьютерной визуализации биоткани в целях определения пространственного распределения хромофоров в живой биоткани. Впервые показана принципиальная возможность количественного определения содержания меланина в волосах путем RGB-анализа его цветного изображения. Впервые in vivo экспериментально исследованы возможности метода визуализации пространственного распределения основных хромофоров кожной ткани, основанного на формировании компьютерного изображения кожной поверхности, где параметрами визуализации являются диагностические параметры (индексы эритемы и меланино-вой пигментации). Показано существенное увеличение чувствительности контраста компьютерного изображения к изменению содержания хромофоров по сравнению с изображением в белом свете.

13. На основе представления о подобии статистических моментов многократно рассеянных оптических полей предложена феноменологическая модель эволюции состояния поляризации излучения, распространяющегося в многократно рассеивающей среде, основанная на статистике эффективных оптических путей парциальных составляющих распространяющегося излучения. Результаты экспериментальных исследований распространения когерентного излучения с исходной линейной поляризацией через многократно рассеивающую среду в форме слоя, интерпретированные с помощью предложенной феноменологической модели, определили влияние рассеивающих свойств (параметра анизотропии рассеяния g) среды на длину деполяризации распространяющегося излучения. Длина деполяризации £,р немонотонно увеличивается с ростом параметра анизотропии g, достигая максимального значения {8+9) Г (Г - транспортная длина рассеяния среды) при

значении дифракционного параметра рассеивающих частиц ка «8 {к - волновое число зондирующего излучения, а - эффективное значение радиуса рассеивающей частицы) или при 0,91+0,93, что приблизительно соответствует первому резонансу Ми в зависимости сечения рассеяния оптически «мягких» частиц с относительным показателем преломления порядка 1,10+1,30 от дифракционного параметра.

14. На основе предложенной феноменологической модели проведен анализ экспериментальных исследований эволюции состояния поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при многократном рассеянии линейно поляризованного света. Получено, что для многократно рассеивающих сред, состоящих из «мягких» частиц, максимальное значение ^«4Г наблюдается в случае изотропного рассеяния 0); с ростом параметра анизотропии длина деполяризации монотонно убывает до значений Г при g* 0,91+0,93.

15. Впервые получено выражение для оценки предельного значения степени остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при освещении линейно поляризованным светом неупорядоченной многократно рассеивающей полубесконечной среды. Для многократно рассеивающих сред, характеризующихся значениями параметра анизотропии 0,90+0,95, предельная степень остаточной линейной поляризации при обратном рассеянии составляет величину ~ 0,0287; в случае рассеивающих

сред с 0 соответствующее предельное значение Р близко к 0,28.

16. Исследовано влияние поглощения рассеивающей среды на степень остаточной поляризации обратно рассеянного излучения при зондировании многократно рассеивающих сред линейно поляризованным светом. В рамках предложенного феноменологического подхода впервые получено приближенное выражение, описывающее зависимость степени остаточной линейной поляризации обратно рассеянного излучения от оптических характеристик (поглощения и рассеяния) многократно рассеивающей среды.

17. Разработан метод поляризационной визуализации многократно рассеивающей среды, содержащей макронеоднородность, основанный на анализе пространственных распределений степени поляризации рассеянного вперед средой линейно поляризованного лазерного излучения. Показано, что метод поляризационной визуализации может дать определенное преимущество в сравнении с традиционными схемами оптической томографии в области переходных режимов рассеяния, когда модальные значения распределений эффективных оптических путей сравнимы с длиной деполяризации рассеивающих сред.

18. Проведен сравнительный анализ качества формируемых изображений при использовании различных поляризационных характеристик обратно рассеянного излучения в качестве параметров визуализации, который показал, что как и в случае анализа поляризационных характеристик прошедшего через среду излучения с исходной линейной поляризацией, метод поляризационной визуализации может дать определенное преимущество в области переходных режимов рассеяния. Оптимальное соотношение между глубиной проникновения света в объем ткани и длиной деполяризации может быть по-

лучено за счет выбора длины волны зондирующего линейно поляризованного излучения.

19. Разработан новый метод диагностики биотканей, основанный на анализе спектра степени поляризации и разностного спектра ко- и кросс-поляризованных составляющих диффузно отраженного биотканью линейно поляризованного света. Показано, что спектр степени поляризации диффузно отраженного биотканью линейно поляризованного света чувствителен к изменению поглощающих свойств биоткани, а разностный поляризационный спектр - к изменениям структуры и рассеивающих свойств ее подповерхностных слоев в пределах длины деполяризации в среде света с исходной линейной поляризацией.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ ОТРАЖЕНЫ В СЛЕДУЮЩИХ РАБОТАХ

1. Синичкин Ю.П., Утц С.Р. In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001. - 92 с.

2. Sinichkin Yu.P., Kollias N„ Zonios G„ Utz S.R., Tuchin V.V. Back reflectance and fluorescence spectroscopy of the human skin in vivo // Handbook on Optical Biomedical Diagnostics and Imaging / Ed. V.V Tuchin - Bellingham, SPIE Press, 2002. - P. 725-785.

3. Utz S.R., Barth J., Knuschke P., Sinichkin Yu.P. Fluorescence spectroscopy of human skin // Proc. SPIE. -1993. - Vol. 2081. - P. 48-57.

4. Utz S.R., Barth J., Knuschke P., Sinichkin Yu.P. Fluorescence spectroscopy in human skin diagnostics. // Proc. SPIE. - 1994. - Vol. 2100. - P. 225-232.

5. Синичкин Ю.П. Флуоресцентная диагностика биологических рассеивающих сред / Проблемы оптической физики: Материалы молодежной научной школы по оптике, лазерной физике и оптоэлектронике. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1997. - С. 69-73.

6. Sinichkin Yu.P., Utz S.R., Mavlyutov A.H., Pilipenko H.A. In vivo fluorescence spectroscopy of the human skin: experiments and models. // J. Biomedical Optics. -1998. - Vol. 3. - P. 201-211.

7. Синичкин Ю.П., Утц С.P., Пилипенко E.A. Спектроскопия кожи человека in vivo: 1. Спектры отражения II Оптика и спектроскопия. - 1996. - Т. 80. - 2. -С. 260-267.

8. Sinichkin Yu.P., Utz S.R., Meglinsky I.V., Pilipenko H.A. Fluorescence spectroscopy in combine with reflectance measurements in human skin examination: what for and how//Proc. SPIE. - 1994. - Vol. 2324. - P. 125-136.

9. Mavlyutov A.H., Sinichkin Yu.P., Utz S.R. Nonlinear affect of UV radiation on the human skin: erythema and pigmentation // Proc. SPIE. - 1997. - Vol. 3053. - P. 183-195.

10. Киселева И.А., Синичкин Ю.П. Оптическая плотность рассеивающей среды / Проблемы оптической физики: Материалы 4-й международной молодежной научной школы по оптике, лазерной физике и биофизике. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001. - С. 57-59.

11. Kiseleva I.A., Sinichkin Yu.P. The apparent optical density of the scattering medium: influence of sacttering // Proc. SPIE. - 2002. - Vol. 4707. - P. 223-227.

12. Синичкин Ю.П., Утц С.Р., Долотов Л.Е., Пилипенко Е.А., Тучин В.В. Методика и прибор для оценки степени эритемы и меланиновой пигментации кожи человека // Радиотехника. - 1997. - 4. - С. 77-81.

13. Утц С.Р., Синичкин Ю.П. Портативный эритемо-меланинометр для дерматологии и косметологии // Вестник дерматологии и венерологии. -1997. -5.-С. 48-54.

14. Утц С.Р., Синичкин Ю.П., Долотов Л.Е. Измеритель физико-биологических характеристик кожи. Свидетельство на Полезную модель № 4900 от 16.09.97.

15. Тучин В.В., Башкатов А.Н., Генина Э.А., Синичкин Ю.П., Лакодина H.A. In vivo исследование динамики иммерсионного просветления кожи // Письма в ЖТФ.-2001.-Т. 27.-12.-С. 10-14.

16. Genina Е.А., Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Kochubey V.l., Lakodina N.A., Altshuler G.B., Tuchin V.V. In vitro and in vivo study of dye diffusion into the human skin and hair follicles // J. Biomedical Optics. - 2002. - Vol. 7. - 3. - P. 471477.

17. Башкатов A.H., Генина Э.А., Синичкин Ю.П., Кочубей В.И., Лакодина H.A., Тучин В.В. Определение коэффициента диффузии глюкозы в склере глаза человека // Биофизика. - 2003. - Т. 48. - 2. - С. 309-313.

18. Bashkatov A.N., Tuchin V.V., Sinichkin Yu.P., Kochubey V.l., Genina E.A. Human sclera dynamic spectra: in vitro and in vivo measurements // Proc. SPIE. -1999. - Vol. 3591A. - P. 311-319.

19. Bashkatov A.N., Genina E.A., Kochubey V.l., Sinichkin Yu.P., Korobov A.A., Lakodina N.A., Tuchin V.V. Estimation of glucose diffusion coefficient in human dura mater// Proc. SPIE. - 2000. - Vol. 4162. - P. 182-188.

20. Bashkatov A.N., Genina E.A., Korovina V.l., Kochubey V.l., Sinichkin Yu.P., Tuchin V.V. In vivo and in vitro study of control of rat skin optical properties by acting of osmotical liquid II Proc. SPIE. - 2000. - Vol. 4224. - P. 300-311.

21. Bashkatov A.N., Genina E.A., Korovina I.V., Sinichkin Yu.P., Novikova O.V., Tuchin V.V. In vivo and in vitro study of control of rat skin optical properties by action of 40%-glucose solution // Proc. SPIE. - 2001. - Vol. 4241. - P. 223-230.

22. Genina E.A., Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Lakodina N.A., Korovina I.V., Simonenko G.V., Tuchin V.V. In vivo and in vitro study of immersion clearing dynamics of the skin II Proc. SPIE. 2001. - Vol. 4432. - P. 97-102.

23. Utz S.R., Sinichkin Yu.P., Pilipenko H.A. Laser-indused fluorescence of human skin in vivo: influence of erythema // Proc. SPIE. - 1993. - Vol. 2081. - P. 41-47.

24. Pravdin A.B., Sinichkin Yu.P., Tuchin V.V., Utz S.R. Laser fluorescence spectroscopy of some linear furocoumarins in human epidermis // Proc SPIE. -1993. - Vol. 1922. - P. 2300-2304.

25. Utz S.R., Sinichkin Yu.P., Tuchin V.V. Laser fluorescence spectroscopy of furocoumarins in human epidermis // Proc. SPIE. - 1993. - Vol. 1876. - P. 136140.

26. Синичкин Ю.П., Утц С.P., Пилипенко E.A. In vivo лазерная флуоресцентная спектроскопия кожи человека: влияние эритемы // Оптика и спектроскопия. - 1994. - Т.76. - 5. - С.864-868.

27. Sinichkin Yu.P., Utz S.R., Pilipenko H.A., Yudin P.M. Investigation of formation and dynamics of human skin erythema and pigmentation by in vivo fluorescence spectroscopy// Proc. SPIE. - 1994. - Vol. 2324. - P. 259-268.

28. Meglinsky I.V., Sinichkin Yu.P., Utz S.R., Pilipenko H.A. Simulation of fluorescence measurements in the human skin // Proc. SPIE. - 1995,- Vol. 2389. - P. 621-631.

29. Синичкин Ю.П., Утц C.P., Меглинский И.В., Пилипенко Е.А. Спектроскопия кожи человека in vivo: 2. Спектры флуоресценции // Оптика и спектроскопия. - 1996. - Т. 80. - 3. - С. 431-438.

30. Utz S.R., Sinichkin Yu.P., Knushke P. Optical and imaging techniques for in vivo sunscreens investigation // Proc. SPIE. -1996. - Vol. 2628. - P. 324-334.

31. Utz S.R., Knuschke P., Sinichkin Yu.P. In vivo evaluation of sunscreens by spectroscopic methods // Skin Research and Technology. - 1996. - Vol. 2. - 3. -P. 114-121.

32. Утц С.P., Кнушке П., Синичкин Ю.П. Оценка фотозащитных препаратов с помощью in vivo флюоресцентной спектроскопии // Вестник дерматологии и венерологии. -1996. - 2. - С. 15-21.

33. Утц С.Р., Синичкин Ю.П. Оценка степени эритемы и пигментации кожи методом лазерной флюоресцентной спектроскопии II Вестник дерматологии и венерологии. -1996. - 3. - С. 5-9.

34. Утц С.Р., Кнушке П., Синичкин Ю.П. Применение неинвазивных методов диагностики в экспериментальной дерматологии // Вестник дерматологии и венерологии. -1997. -1. - С. 13-16.

35. Utz S.R., Knuschke P., Mavlyutov A.H., Pilipenko H.A., Sinichkin Yu.P. In vivo human skin autofluorescence: Color perception // Proc. SPIE. - 1996. - Vol. 2927.-P. 217-221.

36. Башкатов A.H., Долотов Л.Е., Одоевская О.Д., Синичкин Ю.П., Утц С.Р. Цифровой видеомониторинг кожи человека // Проблемы оптической физики: Материалы международной молодежной научной школы по оптике, лазерной физике и биофизике. - Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2000. - С.145-147.

37. Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Genina E.A., Tuchin V.V., Altshuler G.B. RGB video microscopic system for in vitro monitoring of optical properties of hair shaft and follicle // Proc. SPIE. - 2001. - Vol. 4244. - P. 161-167.

38. Зимняков Д.А., Синичкин Ю.П., Тучин B.B. Поляризационная диагностика случайно-неоднородных сред: фундаментальные и прикладные аспекты // Проблемы современной физики: К 90-летию Саратовского государственного университета и 40-летию сотрудничества ОИЯИ-СГУ / Под общ. ред. А.Н.Сисакяна и Д.И.Трубецкова; Сост.: Д.А.Усанов, Ю.Н.Тюхтяев, С.И.Виницкий, В.Л.Дербов, О.Ю.Шевченко, И.П.Юдин. - Дубна: ОИЯИ, 1999.-С. 195-203.

39. Sinichkin Yu.P., Zimnyakov D.A., Giterman V.V. Direct polarization imaging of turbid tissues with CW laser source: potentialities and restrictions // Proc. SPIE. - 1999. - Vol. 3598. - P. 258-268.

40. Zimnyakov D.A., Sinichkin Yu.P. Location of hidden inhomogeneities by measuring the polarization degree: potentialities and restrictions II J. Opt. A: Pure Appl. Opt. - 2000. - Vol. 2. - P. 200-208.. национальная .

¡БИБЛИОТЕКА i С.Петербург j ОЭ 300 »«т I

41. Zimnyakov D.A., Sinichkin Yu.P., Zakharov P.V., Agafonov D.N. Residual polarization of non-coherently backscattered linearly polarized light: the influence of the anisotropy parameter of scattering medium // Waves in random media. - 2001.-Vol. 11.-P. 395-412.

42. Зимняков Д.А., Синичкин Ю.П. О предельном значении степени остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при многократном рассеянии линейно поляризованного света II Оптика и спектроскопия. - 2001. - Т. 91. -1. - С. 113-119.

43. Zakharov P.V., Zimnyakov D.A., Sinichkin Yu.P. Residual polarization of the backscattered coherent light: the role of effective path statistics // Proc. SPIE. -2001.-Vol. 4242.-P. 66-71.

44. Зимняков Д.А., Синичкин Ю.П., Киселева И.В., Агафонов Д.Н. О влиянии поглощения многократно рассеивающих сред на степень остаточной поляризации обратно рассеянного излучения И Оптика и спектроскопия. - 2002. -Т. 92. - 5. - С. 848-855.

45. Зимняков Д.А., Синичкин Ю.П. Поляризационная визуализация рассеивающих сред с помощью непрерывного лазерного излучения И Оптика и спектроскопия. - 2000. - Т. 88. - 6. - С. 1015-1022.

46. Sinichkin Yu.P., Zimnyakov D.A., Giterman V.V. Polarization visualization of scattered media with backscattered light detection II Proc. SPIE. - 2001. - Vol. 4242. - P. 252-257.

47. Sinichkin Yu.P., Zimnyakov D.A., Giterman V.V. Polarized light imaging of object hidden in scattering media: model experiments II Proc. SPIE. - 2001. -Vol. 4244.-P. 168-174.

48. Синичкин Ю.П., Зимняков Д.А., Агафонов Д.Н., Кузнецова Л.В. Визуализация рассеивающих сред при обратном рассеянии линейно поляризованного немонохроматического света // Оптика и спектроскопия. - 2002. - Т. 93. -1.-С. 99-105.

49. Kiseleva I.A., Sinichkin Yu.P., Zimnyakov D.A. Polarization reflectance spectroscopy of in vivo hun\man skin in vivo // Proc. SPIE. - 2002. - Vol. 4707. - P. 228-235.

50. Свиридов А.П., Зимняков Д.А., Синичкин Ю.П., Бутвина Л.Н., Омельчен-ко А.И., Махмутова Г.Ш., Баграташвили В.Н. ИК Фурье спектроскопия in vivo кожи человека при абляции излучением ИАГ:Ег лазера и поляризация излучения, рассеиваемого кожным покровом // ЖПС. - 2002. - Т. 69. - 4. - С. 484-488.

51. Соловьев А.П., Синичкин Ю.П., Зюрюкина О.В. Акустооптическая визуализация рассеивающих сред // Оптика и спектроскопия. - 2002. - Т. 92. - 2. -С. 245-251.

52. Соловьев А.П., Перченко М.И., Синичкин Ю.П., Зюрюкина О.В. Особенности регистрации сигнала при акустооптической визуализации рассеивающих сред // ЖТФ. - 2002. - Т. 72. - 8. - С. 64-70.

СИНИЧКИН ЮРИЙ ПЕТРОВИЧ

ФЛУОРЕСЦЕНТНАЯ И СПЕКТРАЛЬНО-ПОЛЯРИЗАЦИОННАЯ ДИАГНОСТИКА БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ IN VIVO

Автореферат

Ответственный за выпуск к.ф.-м.н. А.Н. Башкатов

Подписано в печать 11.06.2003 г. Формат 60X84 1/16 Бумага офсетная. Гарнитура Arial Суг Печать трафаретная. Объем 2,0 уел печ. л. Тираж 100 экз. Заказ 53.

Типография «Саратовский источник» Лиц. ПД № 7-0014 от 29 мая 2000 г. г Саратов, ул Университетская, 42, оф. 22 тел,- 520-593

2_ооз-к Р 12 2 1 7.

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Синичкин, Юрий Петрович

Введение.

Глава 1. Отражательная и флуоресцентная спектроскопия как методы исследования биологических тканей.

1.1. Методы определения оптических свойств биотканей.

1.2. Формирование спектра диффузного отражения кожи человека

1.3. Формирование спектра автофлуоресценции кожи.

1.4. Выводы.

Глава 2. In vivo отражательная спектроскопия биотканей.

2.1. Исследование влияния хромофорного состава кожной ткани человека на спектр ее диффузного отражения.

2.1.1. Экспериментальное исследование влияния содержания крови и меланина на спектр диффузного отражения кожи

2.1.1.1. Экспериментальное оборудование.

2.1.1.2. Объект исследования.

2.1.1.3. Результаты эксперимента.

2.1.2. Математическое моделирование диффузного отражения света кожей.

2.2. Количественная оценка содержания хромофоров в кожной ткани по спектрам диффузного отражения.

2.2.1. Эффективная оптическая плотность рассеивающей среды.

2.2.1.1. Среда с однородным объемным распределением поглощения.

2.2.1.2. Тонкий поглощающий слой, помещенный в рассеивающую среду.

2.2.2. Феноменологическая модель для анализа спектров диффузного отражения кожи.

2.3. Определение индексов эритемы и меланина кожи человека

2.3.1. Методы определения индексов эритемы и меланина

2.3.2. Трехволновый метод определения индексов эритемы и меланина.

2.4. Определение степени оксигенации гемоглобина крови.

2.4.1. Методы определения степени оксигенации гемоглобина крови по спектрам диффузного отражения света биотканями

2.4.2. Метод определения содержания гемоглобина и степени его оксигенации по спектрам диффузного отражения кожи в видимом диапазоне.

2.5. Исследование влияния рассеивающих свойств биоткани на спектр ее диффузного отражения.

2.5.1. Экспериментальное исследование влияния осмотически активных иммерсионных жидкостей на рассеяние света in vitro образцами биотканей.

2.5.2. Экспериментальное исследование влияния осмотически активных иммерсионных жидкостей на рассеяние света in vivo биотканями.

2.6. Выводы.

Глава 3. In vivo флуоресцентная спектроскопия биотканей.

3.1. Исследование влияния хромофорного состава кожной ткани на спектр ее автофлуоресценции (АФ).

3.1.1. Экспериментальное исследование влияния содержания крови и меланина в кожной ткани на спектр ее АФ.

3.1.2. Математическое моделирование АФ кожи.

3.2. Количественная оценка содержания хромофоров в биоткани по спектрам ее АФ.

3.2.1. Эффективная оптическая плотность тонкого поглощающего слоя, помещенного в рассеивающую среду.

3.2.2. Феноменологическая модель для анализа спектров АФ кожной ткани.

3.3. Определение индексов эритемы и меланина кожи человека по спектрам АФ кожи.

3.4. Комбинированный метод отражательной и флуоресцентной спектроскопии исследования кожи in vivo.

3.4.1. Исследование эффективности фотозащитных композиций.

3.4.1.1. Методика определения солнцезащитного фактора фотозащитных препаратов.

3.4.1.2. Клинико-экспериментальные исследования

3.4.2. Оценка количества меланина, вносимого в кожу с помощью меланинсодержащих косметических препаратов

3.4.3. Коррекция спектров АФ биоткани на эффект внутреннего поглощения.

3.4.4. Некоторые применения флуоресцентной спектроскопии в дерматологии.

3.4.4.1. Оценка реакции кожи на воздействие местно-раздражающих агентов.

3.4.4.2. Мониторинг изменения кровотока в коже в условиях прекращения венозного оттока.

3.4.4.3. Оценка глубины проникновения и времени нахождения псораленов в кожной ткани.

3.5. Выводы.

Глава 4. In vivo колориметрия биотканей.

4.1. Цветовое восприятие отраженного кожей белого света.

4.2. Цветовой анализ спектров отражения и АФ кожи.

4.2.1. Методика расчета цветовых характеристик отраженного кожей белого света и АФ кожи.

4.2.2. Исследование влияния хромофорного состава кожной ткани на цветовые характеристики диффузно отраженного кожей белого света и ее АФ.

4.3. Эритема-меланинометр ЭММ-01 и некоторые результаты его применения в экспериментальной и клинической дерматологии

4.3.1. Модельные измерения in vitro.

4.3.2. Измерения в условиях in vivo.

4.4. Цветовая визуализация биологической ткани.

4.4.1. RGB анализ цветного изображения биоткани.

4.4.1.1. Определение площади кожной поверхности с патологией.

4.4.1.2. Количественная оценка содержания меланина в волосяном стержне.

4.4.1.3. Цветное изображение АФ биоткани.

4.4.2. Изображение поверхности кожи в диагностических параметрах.

4.4.2.1. 2D распределение индекса меланина кожной ткани.

4.4.2.2. 2D распределение индекса эритемы кожной ткани.

4.5. Выводы.

Глава 5. Исследование влияния оптических характеристик рассеивающей среды на эволюцию состояния поляризации распространяющегося в среде света с исходной линейной поляризацией.

5.1. Феноменологическая модель релаксации линейной поляризации света, распространяющегося в неупорядоченной многократно рассеивающей среде.

5.2. Релаксации поляризации когерентного излучения с исходной линейной поляризацией при его распространении в многократно рассеивающей среде.

5.2.1. Результаты экспериментального исследования.

5.2.2. Результаты статистического моделирования.

5.3. Исследование влияния анизотропии рассеяния на степень остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения с исходной линейной поляризацией.

5.3.1. Постановка задачи. 5.3.2. Феноменологическое описание.

5.3.3. Результаты статистического моделирования.

5.3.4. Результаты экспериментальных исследований.

5.4. Влияние поглощения многократно рассеивающей среды на степень остаточной поляризации обратно рассеянного излучения с исходной линейной поляризацией.

5.4.1. Феноменологическое описание.

5.4.2. Результаты экспериментальных исследований.

5.5. Выводы.

Глава 6. Поляризационная визуализация рассеивающих сред.

6.1. Поляризационная визуализация рассеивающих сред с помощью непрерывного лазерного излучения.

6.1.1. Поляризационная визуализация рассеивающей среды в проходящем свете: феноменологическое описание и статистическое моделирование.

6.1.2. Результаты экспериментальных исследований.

6.2. Визуализация рассеивающих сред при обратном рассеянии линейно поляризованного немонохроматического света.!.

6.2.1. Поляризационная визуализация при обратном рассеянии излучения: феноменология и статистическое моделирование 325 ® 6.2.2. Результаты экспериментальных исследований.

6.3. In vivo поляризационная отражательная спектроскопия биотканей.

6.3.1. Модельные измерения в условиях in vitro.

6.3.2. In vivo поляризационная отражательная спектроскопия кожи человека.

6.4. Выводы.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Флуоресцентная и спектрально-поляризационная диагностика биологических тканей in vivo"

Актуальность темы

Оптика биотканей - одна из наиболее интенсивно развивающихся областей знаний, представляющих интерес как для физиков, так и биологов и медиков, работающих над созданием оптических медицинских технологий диагностики и лечения. Определение оптических характеристик биоткани ш дает возможность получать объективную информацию о пространственном распределении содержащихся в ней различных биологических компонентов и использовать ее для диагностики различных патологий биотканей, изучения воздействия факторов окружающей среды, оценки эффективности лечения и др.

Чрезвычайно бурному развитию оптики биотканей в последние два десятилетия способствовали несомненные достижения в области лазерной физики, волоконной оптики, оптоэлектронике и компьютерных технологиях.

Наличие широкого круга лазеров и лазерных систем, по своим параметрам в значительной мере удовлетворяющих потребностям лазерных технологий, включая биотехнологию и фотомедицину; возможности локальной доставки излучения к объекту исследования и сбора рассеянного объектом излучения в условиях in vivo, реализованные с помощью волоконно-оптических устройств; разработка регистрирующих устройств на основе приборов с зарядовой связью, позволяющих проводить многоспектральную визуализацию исследуемого объекта в реальном масштабе времени; успе

11 хи в развитии компьютерных технологий, позволяющих не только успешно моделировать происходящие в биотканях многообразные процессы взаимодействия света с живой материей и проводить сложный анализ результатов экспериментальных исследований, но и осуществлять морфо-функциональную «компьютерную визуализацию» биотканей; наконец, неин-вазивность оптических методов диагностики, - далеко не полный перечень причин, определяющих интерес к оптическим методам в биомедицине. Ак

О туальность исследований в данной области несомненно подтверждается тем фактом, что в последние годы проявляется явная тенденция выделения научных исследований по оптическим свойствам биотканей и клинических аспектов лазерных методов диагностики и лечения в отдельное научное направление - биомедииинскую оптику. Международные симпозиумы по биомедицинской оптике в США (Photonics West) и Европе (Biomedical Optics Europe) можно с уверенностью отнести к крупнейшим научным форумам мирового значения.

С оптической точки зрения биологические ткани являются неоднородными поглощающими средами с ярко выраженными рассеивающими свойствами. Процессы рассеяния и поглощения света определяют, с одной стороны, глубину проникновения света в среду, что является определяющим моментом в разработке оптических, в том числе лазерных, терапевтических методов, и с другой стороны, формируют спектральный состав обратно рассеянного излучения, анализ которого является основой оптических диагностических методов.

В настоящее время разработано большое число методов, позволивших достаточно хорошо изучить оптические свойства различных биотканей как в ультрафиолетовой, так и в видимой и ближней инфракрасной областях спектра [1-23].

Однако большинство результатов получено при исследовании образцов биотканей в условиях in vitro, при этом отмечается широкий разброс значений оптических параметров биотканей, причинами которого являются различия в методиках подготовки и проведения эксперимента [14, 24].

Интерес к исследованию оптических характеристик биоткани in vivo обусловлен тем, что они могут отличаться от таковых для биоткани в условиях in vitro [24]. Кроме того, именно результаты in vivo исследований дают возможность получать информацию о происходящих в биологической ткани биохимических процессах.

Среди оптических методов исследования биотканей в условиях in vivo в настоящее время наибольшее развитие получили методы отражательной и флуоресцентной спектроскопии.

Метод отражательной спектроскопии используется в биомедицине достаточно давно и является одним из самых распространенных и популярных методов диагностики биотканей [8,11,17,25-52]. Его отличительной особенностью является то, что он позволяет оперировать только с одним измеряемым параметром - коэффициентом диффузного отражения биоткани. Это вызывает определенные сложности в выявлении взаимосвязи между измеряемым спектром диффузного отражения и спектральными за-^ висимостями оптических характеристик среды (коэффициентом поглощения, коэффициентом и параметром анизотропии) и, как следствие, определенные сложности в интерпретации экспериментальных результатов. Поэтому корректная интерпретация экспериментальных результатов требует привлечения теоретического описания формирования спектрального состава диффузно отраженного биотканями света.

К началу исследований по диссертационной работе моделирование распространения света в биотканях (в частности, в кожной ткани) основывалось на моделях, описывающих частные случаи состояния биоткани (нао пример, нормальную кожную ткань, кожную ткань с эритемои, кожную ткань с пигментацией той или иной степени и др.) [3,8,14,17,24,25,48,53-59]. Однако эти модели не позволяют адекватно описать динамику изменения спектра диффузного отражения кожи в процессе определенных внешних воздействий, приводящих к определенным изменениям ее оптических параметров (изменению структуры биоткани, изменению ее рассеивающих или поглощающих свойств). Необходимость разработки такой модели обусловлено также теми причинами, что она дает возможность практического выхо-р да в приборный вариант [25,30,34,40,60,560-562].

Изложенные выше особенности реализации метода отражательной спектроскопии в условиях in vivo в полной мере можно отнести и к другому хорошо известному методу исследования биотканей - методу флуоресцентной спектроскопии. Автофлуоресценция (АФ) биотканей успешно используется в диагностических целях в различных областях медицины, том числе в гистологических целях и при оценке функционального состояния О всего организма [61-90].

Несмотря на значительные успехи, достигнутые в области in vivo флуоресцентной спектроскопии биотканей, возможности метода далеко не исчерпаны. По нашему мнению, первым шагом к полной реализации возможностей метода является переход от качественного анализа состояния биоткани, заключающегося в сравнении интенсивности АФ нормальной и патологической биоткани на одной длине или комбинации длин волн [67,69,91-98], к количественной оценке характеристик среды по спектрам ее АФ, которая дает возможность не только диагностировать патологию биоткани, но и выявить причины ее возникновения.

Как и в случае метода отражательной спектроскопии, ограниченность измеряемых параметров (спектр возбуждения и спектр флуоресценции) требует разработки адекватной физической модели биоткани, позволяющей количественно оценивать по спектрам АФ состояние биоткани. Известны единичные работы, в которых предлагались физические модели, позволяющие теоретически описать процесс формирования АФ биотканей [66,99108]. Однако до сих пор нет модели, позволяющей адекватно описать динамику спектра АФ кожи, возбужденного излучением спектрального диапазона 320-400 нм (УФА диапазон), в процессе внешних воздействий, изменяющих структуру и хромофорный состав биоткани. Более того, хотя анализ УФА возбужденной АФ кожной ткани лежит в основе распространенного диагностического метода, ее природа АФ до сих пор не изучена, поэтому очень сложно связать наблюдаемые изменения в спектрах АФ кожи с происходящими в ней морфо-функциональными изменениями.

Это является причиной того, что остается ограниченным круг флуоресцентных методик, позволяющих определять не только свойства самой биоткани, но и проводить тестирование применяемых косметических и лекарственных препаратов.

Так как в процессах формирования спектров диффузного отражения и АФ биоткани участвует одна и та же среда, характеризующаяся определенными поглощающими и рассеивающими свойства, то перспективным методом исследования биотканей является комбинированный метод отражательной и флуоресцентной спектроскопии [57,108], который в настоящее время недостаточно развит.

Методы отражательной и флуоресцентной спектроскопии в основном реализуются для биологических тканей, доступных визуальному исследованию непосредственно глазом человека. Визуальный осмотр поверхности биоткани широко и успешно применяется для диагностики ее состояния (визуальное обследование кожной морфологии является опорой клинической дерматологии, в основе кольпоскопии лежит визуальный осмотр поверхности шейки матки и т.д.), причем основной акцент в таких осмотрах направлен на анализ изменений цвета биоткани, вызванных воздействиями различных факторов.

Объективность оценки восприятия цвета биоткани основана на физических принципах формирования цвета, воплощенных в колориметрических методах измерения цвета и компьютерных методах цифровой визуализации кожной поверхности.

Современные колориметры успешно применяются в качестве диагностических приборов в дерматологии [109-114], при этом особый интерес вызывают колориметры, которые измеряют цветовые характеристики отраженного кожей света определенных спектральных интервалов, соответствующих областям поглощения основных хромофоров [25,30,34,40,60], и соответственно, позволяют получить информацию о их количественном содержании в биоткани. Однако существующие приборы данного класса основаны на приближенных моделях кожной ткани, что выражается в достаточно грубых количественных оценках содержания хромофоров в биоткани.

Применительно к биотканям недостаточно внимания также уделяется спектральному методу определения цветовых характеристик отраженного средой света, который дает возможность более детального анализа происходящих в биотканях изменений. АФ биотканей, возбужденная УФА излучением, происходит в видимом диапазоне спектра, что дает Основание проводить количественную оценку изменения цвета АФ кожи, происходящего в результате изменения ее состояния. Возможности метода колориметрии, основанного на измерении цвета флуоресценции, практически не изучены, в связи с чем исследования в данном направлении актуальны.

В последние годы значительно вырос интерес к такому методу исследования биотканей, как метод цифровой визуализации, основанный на компьютерной обработке экспериментально полученных изображений поверхности биоткани. Метод цифровой визуализации нашел различные применения в дерматологии [115-124], однако в основе всех этих применений лежит простой RGB-анализ изображения поверхности биоткани, что ограничивает о возможности метода цифровой визуализации.

Альтернативным методом исследования биотканей является метод многоспектральной визуализации (МСВ), основанный на уникальной комбинации пространственных и спектральных измерений и широко используемый в настоящее время в океанографии, геологии, космических и др. исследованиях [125,126]. Различные объекты становятся видимыми в различных спектральных полосах, давая возможность получить функциональную «карту» объекта, показывая тип и область локализации биологических мо* лекул внутри биоткани. Такая «карта» является чрезвычайно эффективным инструментом медицинской диагностики, прежде ей недоступным. Исследования возможности визуализации биотканей путем формирования компьютерного изображения объекта, где в качестве параметра визуализации используется диагностический параметр (индекс эритемы, индекс меланина, степень оксигенации и др.) практически находятся в начальной стадии и являются чрезвычайно актуальными.

Одним из преимуществ оптических методов исследования биологиче-* ских сред является возможность получения информации о среде путем анализа поляризационных характеристик рассеянного средой излучения. Анализ поляризационных характеристик рассеянного света всегда играл важную роль в исследованиях взаимодействия поляризованного излучения с неупорядоченными средами, в том числе биотканями, поскольку возникающая при рассеянии стохастическая поляризационная структура световых полей при определенных условиях оказывается чувствительной к изО менениям условий взаимодействия излучения со средой. Здесь необходимо отметить исследования поляризации рассеянного света при наблюдении когерентного обратного рассеяния [127,128], анализ временных корреляционных функций линейно и циркулярно поляризованного света [129-131], рассеянного нестационарными средами, а также исследования влияния размеров частиц среды на поляризацию рассеянного вперед излучения [132,133].

Остаточная поляризация прошедшего через среду излучения или обратно рассеянного средой излучения зависит от скорости релаксации состояния поляризация распространяющегося в среде излучения. Исследования поляризационных характеристик рассеянного случайной средой излучения требуют разработки теоретической модели, позволяющей исследовать влияние оптических характеристик среды на эволюцию состояния поляризации распространяющегося в ней излучения, поскольку традиционные методы описания состояния поляризации света, основанные на представлениях векторов Стокса и Джонса, в этом плане мало информативны.

В биомедицинских приложениях использование поляризованного излучения в основном связано с детектированием обратно рассеянного излучения. Следует отметить, что в отдельных работах [127,128], посвященных анализу когерентных эффектов в условиях многократного рассеяния света случайными средами, отмечалась его частичная поляризация при обратном рассеянии, но, насколько нам известно, данный эффект специально не исследовался. Практически не исследовано явление остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного неупорядоченной средой поляризованного излучения.

В связи с вышесказанным, исследования влияния оптических характеристик рассеивающей среды на релаксацию поляризации распространяющегося в среде света с начальной линейной поляризацией и величину предельного значения остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при многократном рассеянии линейно поляризованного излучения представляют несомненный интерес.

Одной из важнейших проблем современной медицинской диагностики является разработка методов визуализации неоднородной структуры биотканей. Среди известных в настоящее время методов визуализации одними из наиболее привлекательных являются оптические методы, прежде всего благодаря их неинвазивности и безопасности, потенциальной возможности достижения высокого пространственного разрешения, возможности осуществления многофункционального мониторинга исследуемой среды, а также их простоты и дешевизны [134,135].

В последние годы наиболее интенсивно развивались методы оптической диагностики и визуализации структуры биотканей в состоянии in vivo, основанные на анализе статистических и спектральных моментов рассеянного средой когерентного излучения. В качестве одного из возможных методов когерентно-оптической томографии может быть рассмотрен метод анализа состояния поляризации рассеянного средой излучения для различных положений источника и детектора при заданном типе поляризации зондирующего пучка. В последнее время было предложено и апробировано несколько вариантов схем поляризационной диагностики многократно рассеивающих сред, продемонстрировавших определенную перспективность данного подхода [136-138].

Эффективность поляризационного метода визуализации в случае детектирования обратно рассеянного излучения обусловлена различием вкладов поверхностных и глубинных слоев рассеивающей среды в интенсивности ортогонально поляризованных составляющих обратно рассеянного излучения. Однако авторы известных работ [139-143] в основном ограничились качественным рассмотрением вопроса поляризационной визуализации рассеивающих сред с макронеоднородностью. В связи с этим, исследование влияния оптических свойств рассеивающих сред и геометрии рассеяния на качество изображений макронеоднородности рассеивающей среды при использовании в качестве параметров визуализации поляризационных характеристик обратно рассеянного излучения с исходной линейной поляризацией представляет интерес и является актуальным.

Все вышеперечисленные факты и обстоятельства позволяют сформулировать основную цель диссертационной работы и определить круг задач, не затронутых другими исследователями и решаемых в данной работе.

Цель и основные задачи работы

Основной целью диссертационной работы является развитие оптических методов исследования биотканей в состоянии in vivo, основанных на анализе спектрального состава диффузно отраженного биотканями света и их автофлуоресценции, а также состояния поляризации рассеянного биотканями поляризованного света.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие основные задачи:

1. Модельные и in vivo экспериментальные исследования спектров диффузного отражения кожи человека в процессе изменения ее поглощающих (УФА наведенная эритема и пигментация) и рассеивающих (иммерсия кожной ткани) свойств с целью разработки физической модели формирования спектра диффузного отражения кожи.

2. Модельные и in vivo экспериментальные исследования спектров АФ кожи человека в процессе изменения ее поглощающих свойств (УФА наведенная эритема и пигментация) с целью разработки физической модели формирования спектра АФ кожи.

3. Разработка физических основ комплекса методик in vivo определения количественного содержания основных хромофоров кожной ткани по ее спектрам диффузного отражения и АФ.

4. Разработка физических основ и алгоритмов компьютерной визуализации пространственного распределения хромофоров в in vivo кожной ткани, основанная на исследовании цветовых характеристик рассеянного белого света и АФ кожи с целенаправленно изменяющимися параметрами.

5. Теоретическое и экспериментальное исследования влияния параметров рассеивающей среды (анизотропии рассеяния и селективного поглощения) и геометрии детектирования (прошедшее или обратно рассеянное излучение) на релаксацию линейной поляризации распространяющегося в многократно рассеивающей среде когерентного и некогерентного света и степень его остаточной первоначальной поляризации.

6. Теоретическое и экспериментальное исследования спектрального состава разностной составляющей между ко- и кросс-поляризованными компонентами диффузно отраженного биотканью линейно поляризованного излучения и степени его остаточной поляризации с целью разработки комплекса методик определения пространственного распределения в биоткани основных хромофоров и структуры ее подповерхностных слоев.

7. Теоретическое и экспериментальное исследования потенциальных возможностей поляризационного метода визуализации макронеоднородности, внедренной в многократно рассеивающую среду, при использовании в качестве параметров визуализации поляризационных характеристик прошедшего через рассеивающую среду и обратно рассеянного средой света с исходной линейной поляризацией.

Научная новизна работы

Научная новизна работы определяется комплексом результатов теоретических и экспериментальных исследований, которые существенно расширяют представления о взаимодействии света с живыми биотканями и возможности исследования биотканей оптическими методами:

1. Впервые in vivo экспериментально исследована временная (45 суток) динамика спектров диффузно отраженного света видимого диапазона и УФА возбужденной АФ кожи с целенаправленно изменяющимися поглощающими свойствами (УФА наведенная эритема и пигментация), а также временная динамика спектра диффузно отраженного света кожей с изменяющимися рассевающими свойствами (иммерсия кожной ткани).

2. Разработана принципиально новая физическая модель кожной ткани, адекватно описывающая формирование спектров диффузного отражения и АФ реальной биоткани.

3. Развит принципиально новый подход для исследования in vivo кожи на основе комбинированного метода отражательной и флуоресцентной спектроскопии, позволивший разработать комплекс методик определения содержания основных хромофоров (оксигенированной и деоксигенированной форм гемоглобина и меланина) кожи и определения оптических свойств фотозащитных и косметических меланинсодержащих препаратов.

4. Впервые теоретически и экспериментально исследованы возможности использования цветовых характеристик диффузно отраженного излучения и АФ in vivo биотканей для количественного определения хромофорного состава. Впервые показана принципиальная возможность количественного определения содержания меланина в волосах путем RGB-анализа их цветных изображений.

5. Впервые in vivo экспериментально исследованы возможности метода визуализации пространственного распределения основных хромофоров кожной ткани, основанного на формировании компьютерных изображений кожной поверхности с индексами эритемы и пигментации в качестве параметров визуализации. Показано существенное увеличение чувствительности контраста компьютерного изображения к изменению содержания хромофоров по сравнению с изображением в белом свете.

6. Теоретически и экспериментально исследована эволюция состояния поляризации когерентного света при многократном рассеянии. Исследовано влияние свойств рассеивающей среды (анизотропии рассеяния) и геометрии детектирования на степень остаточной поляризации излучения с исходной линейной поляризацией, прошедшего через рассеивающую среду с ограниченной геометрией.

7. Теоретически и экспериментально исследована эволюция состояния поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при многократном рассеянии линейно поляризованного света. Впервые получено выражение для оценки предельного значения степени остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при освещении линейно поляризованным светом многократно рассеивающей полубесконечной среды.

8. Теоретически и экспериментально исследовано влияние поглощения рассеивающей среды на степень остаточной поляризации обратно рассеянного излучения при зондировании многократно рассеивающих сред линейно поляризованным светом.

9. Предложен новый метод диагностики биотканей, основанный на анализе спектра степени поляризации и разностного спектра ко- и кросс-поляризованных составляющих диффузно отраженного линейно поляризованного света. Показано, что спектр степени поляризации чувствителен к изменению поглощающих свойств биоткани, а разностный поляризационный спектр - к изменениям структуры и рассеивающих свойств ее подповерхностных слоев.

10. Теоретически обоснован и экспериментально апробирован метод поляризационной визуализации многократно рассеивающей среды, содержащей макронеоднородность, основанный на анализе пространственных распределений степени поляризации прошедшего через среду лазерного излучения с исходной линейной поляризацией.

11. Теоретически обоснован и экспериментально апробирован метод поляризационной визуализации макронеоднородности, погруженной в многократно рассеивающую среду, при использовании в качестве параметров визуализации поляризационных характеристик обратно рассеянного излучения с исходной линейной поляризацией.

Практическая значимость

Практическая значимость определяется следующими положениями.

1. Фундаментальные результаты, полученные в результате теоретических и экспериментальных исследований релаксации поляризации излучения с исходной линейной поляризацией при его распространении в неупорядоченной многократно рассеивающей среде, найдут применение при решении прикладных проблем статистической оптики.

2. Полученные результаты найдут практическое применение в биологии и медицине, в частности:

• в результате выполнения работы разработан комплекс методов и приборов для оценки морфо-функционального состояния in vivo биотканей человека, позволяющий получать объективную информацию о степени выраженности патологических и функциональных изменений в биотканях, а также оценивать эффективность лечения и профилактических мероприятий;

• новый метод оценки эффективности фотозащитных композиций позволил значительно сократить время определения солнцезащитного фактора; с помощью данного метода определен оптимальный режим нанесения препаратов, применяемых совместно с фотохимиотерапией;

• разработанный в процессе выполнения работы оригинальный трехвол-новый зритема-меланинометр не имеет аналогов в России и имеет ряд преимуществ по сравнению с зарубежными аналогами, что определяет перспективу его использования в научных исследованиях и для практического здравоохранения в различных областях медицины.

3. Полученные результаты внедрены в учебный процесс на кафедре оптики

СГУ:

• в виде материала, используемого при чтении курса лекций «Оптика биотканей» и специальных курсов лекций «Фундаментальные проблемы современной оптики», «Автоматизированные системы научных исследований» и «Люминесценция и ее биомедицинское применение».

• в виде материала, изложенного в изданных учебных пособиях:

- Д.А.Зимняков, В.И.Кочубей, Ю.П.Синичкин. Специальный оптический практикум. Компьютеризированные спектральные комплексы для биофизических исследований: Учеб. Пособие. - Саратов: Изд-во Са-рат. ун-та, 1999. - 56 е.;

- Ю.П.Синичкин, Л.Е.Долотов, Д.А.Зимняков, В.В.Тучин, С.Р.Утц. Специальный практикум по оптической биофизике. In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека: Учеб. Пособие. -Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2003. - 160 с. (с грифом Минобразования РФ).

• в виде разработки методических основ и постановке Специального практикума по оптической биофизике: in vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека для студентов и аспирантов, обучающихся по специальностям «Биофизика», «Биохимическая физика» и «Медицинская физика».

Связь с государственными и международными программами

Исследования по теме диссертации частично выполнялись в рамках научных грантов по программам:

• АФГИР «Научно-образовательный центр нелинейной динамики и биофизики» (грант № REC-006)

• РФФИ «Государственная поддержка ведущих научных школ РФ» (грант № 96-15-96389);

• РФФИ «Государственная поддержка ведущих научных школ РФ» (грант № 00-15-96667);

• РФФИ (грант № 00-02-81014 );

• РФФИ (грант № 01-02-17493);

• INCO-COPERNICUS (грант № IC15-CT96-0815);

• Федеральная целевая программа «Государственная поддержка интеграции высшего образования и фундаментальной науки на 1997-2000 гг» (грант № 696.2);

• Научная программа Минвуза РФ «Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук. Университеты России» (грант № 1669);

• Научная программа Минвуза РФ «Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук. Университеты России» (грант № 015.11.01.05);

• Научная программа Минвуза РФ «Фундаментальные исследования высшей школы в области естественных и гуманитарных наук. Университеты России» (грант №015.01.01.20);

• Инновационная научно-техническая программа Минвуза РФ «Исследование, разработка, освоение и выпуск наукоемкой продукции для отраслей народного хозяйства на основе фундаиентальных исследований» (проект № МС-38.11);

• Научно-техническая программа «Лазеры в народном хозяйстве и научных исследованиях» Российского центра лазерной физики (проекты №N2 3.2.16 и 3.2.17);

• Научно-техническая программа «Лазеры в науках о жизни» Российского центра лазерной физики (проект № 11).

Достоверность результатов диссертации

Достоверность полученных результатов и выводов обеспечивается адекватностью используемых физических моделей и математических методов, корректностью используемых приближений, соответствием теоретических выводов с результатами экспериментов. Достоверность экспериментальных результатов обеспечивается использованием современной измерительной аппаратуры, апробированных методик, воспроизводимостью результатов экспериментов и их соответствием экспериментальным результатам других авторов.

Основные положения и результаты, выносимые на защиту

1. Разработана физическая модель кожной ткани для описания закономерностей формирования спектров диффузного отражения и УФА возбужденной автофлуоресценции кожи. В модели учтены пространственные распределения рассеивающих свойств и показателя преломления кожи, а также ее хромофоров и флуорофоров.

2. Доминирующим флуорофором в формировании УФА возбужденной автофлуоресценции кожи является коллаген дермы; вклад флуорофоров эпидермиса (кератина и НАД-Н) не превышает 10%.

3. Разработаны методы определения физиологических параметров кожи (содержание меланина и крови, степень оксигенации гемоглобина крови) и солнцезащитного фактора фотозащитных препаратов по спектрам диффузного отражения и автофлуоресценции кожи.

4. Релаксация состояния поляризации света определяется экспоненциальным законом с длиной деполяризации в качестве параметра, определяющего характерное расстояние релаксации поляризации при распространении излучения в рассеивающей среде. В случае детектирования прошедшего через рассеивающую среду излучения длина деполяризации немонотонно зависит от параметра анизотропии рассеяния, достигая максимального значения в области первого резонанса Ми в зависимости сечения рассеяния частицы от дифракционного параметра, в то время как в случае детектирования обратно рассеянного излучения с ростом параметра анизотропии длина деполяризации монотонно убывает.

5. В режиме обратного многократного рассеяния излучения с исходной линейной поляризацией в неупорядоченной среде всегда частично сохраняется поляризация обратно рассеянного излучения, предельная степень которой выражается следующим соотношением: где - длина деполяризации, ца - коэффициент поглощения, Г -транспортная длина, у - параметр, зависящий от граничных условий.

6. Разработан метод исследования оптических свойств многократно рассеивающих сред с селективным поглощением, включая биоткани, основанный на измерении спектров степени поляризации и разности ко-поляризационной и кросс-поляризационной составляющих диффузно отраженного средой света с исходной линейной поляризацией. Спектр степени поляризации чувствителен к изменению поглощающих свойств биоткани, а разностный поляризационный спектр - к изменениям структуры и рассеивающих свойств ее подповерхностных слоев в пределах длины деполяризации в среде света с исходной линейной поляризацией.

7. Разработан метод поляризационной визуализации многократно рассеивающей среды, содержащей макронеоднородность, основанный на анализе пространственных распределений поляризационных характеристик вперед и обратно рассеянного средой линейно поляризованного света.

Качество поляризационного изображения (контраст и резкость) существенно выше по сравнению с традиционными схемами оптической томографии в области переходных режимов рассеяния.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международных и российских конференциях и семинарах, в том числе на:

• 4-ой Международной конференции «Laser Application in Life Science» (Jy-vaskyla, Finland, 1992);

• Международном симпозиуме «Biomedical Optics Europe'93» (Budapest, Hungary. 1993);

• Международной конференции «Новые достижения лазерной медицины» (Москва-С.Петербург, 1993);

• Международном семинаре «Cell and Biotissue Optics: Applications in Laser Diagnostics and Therapy (CBO'93)» (Дубна - Нижний Новгород - Москва,

1993);

• Международном симпозиуме «Biomedical Optics Europe' 94 (Lille, France,

1994);

• 10-ом Международном симпозиуме «Bioengineering and the Skin» (Cincinnati, Ohio, USA, 1994);

• Международной конференции «The Prevention of Contact Dermatitis (ICPCD)» (Zurich, Switzerland, 1995);

• Международном симпозиуме «Biomedical Optics Europe'95» (Barcelona, Spain, 1995);

• 4-ом Конгрессе Европейской академии дерматологии и венерологии (Brussels, Belgium, 1995);

• Международном симпозиуме «Biomedical Optics'96» (San Jose, California, USA, 1996);

• VII Российском съезде дерматологов и венерологов (Казань, 1996);

• 12-ом Международном конгрессе по Фотобиологии (Vienna, Austria, 1996);

• Международном конгрессе «Biomedical Optics Europe'96 (Vienna, Austria, 1996);

• 6-ой Международной конференции «Laser Applications in Life Sciences (LALS'96)» (Jena, Germany, 1996);

• Международном конгрессе «Clinical Dermatology 2000» (Vancouver, Canada, 1996);

• 11-ом Международном симпозиуме «Bioengineering and the skin» (Zurich, Switzerland, 1996);

• Международной конференции «Проблемы и перспективы прецизионной механики и управления в машиностроении» (Саратов, 1997);

• IV-ой научно-технической конференции «Оптические методы исследования потоков» (Москва,, 1997);

• Всероссийском семинаре «Проблемы и достижения люминесцентной спектроскопии» (Саратов, 1998); А

• 7-ой Международном семинаре по Лазерной физике (LPHYS'98) (Berlin, Germany, 1998);

• Международном симпозиуме «Biomedical Optics Europe'98» (Stockholm, Sweden, 1998);

• Международном междисциплинарном научном семинаре и осенней школе молодых ученых «Методы светорассеяния в механике, биомедицине и материаловедении» (Саратов, 1998);

• 5-ой Международной конференции «Optics Within Life Sciences» (Aghia Pelagia, Crete, Greece, 1998);

• Международном симпозиуме «Biomedical Optics'99» (San Jose, California, USA, 1999);

• Международной школе для молодых ученых и студентов по Оптике, Лазерной физике и Биофизике (Saratov Fall Meeting SFM'99) (Саратов, 1999); в

• 2-ой Международной конференции «Фундаментальные проблемы физики» (Саратов, 2000);

• Международном симпозиуме "Biomedical Optics BiOS 2000» (San Jose, California, 2000);

• Международном симпозиуме «Optics and Optoelectronic Inspection and Control: Techniques, Applications and Instruments» (Beijing, China, 2000);

• Международной школе для молодых ученых и студентов по Оптике, Лазерной физике и Биофизике (Saratov Fall Meeting SFM'2000) (Саратов, 2000);

• Международном симпозиуме «Biomedical Optics BiOS 2001» (San Jose, California, USA, 2001);

• 1-ом Евразийском конгрессе по медицинской физике и инженерии «Медицинская физика - 2001» (Москва, 2001);

• Международной школе для молодых ученых и студентов по Оптике, Лазерной физике и Биофизике (Saratov Fall Meeting SFM'2001) (Саратов, 2001);

• Международном симпозиуме «Biomedical Optics BiOS 2002» (San Jose, California, USA, 2002);

• Международной школе для молодых ученых и студентов по Оптике, Лазерной физике и Биофизике (Saratov Fall Meeting SFM'2002) (Саратов, 2002); а также на научных семинарах в Саратовском государственном университете.

Публикации

По теме диссертации опубликовано свыше 100 научных работ, в числе которых монография, глава в коллективной монографии, 25 статей в рецензируемых отечественных и зарубежных журналах, 57 статей в тематических сборниках и трудах научных конференций, получено 1 свидетельство на полезную модель.

Личный вклад соискателя

Постановка основных задач, являющихся предметом исследований в диссертации, принадлежит автору. Автором диссертации проводился выбор методов решения задач, обоснование экспериментальных методик, разработка экспериментального оборудования и проведение экспериментов, разработка моделей для анализа полученных экспериментальных результатов и проведение такого анализа. Разработка алгоритмов и проведение статистического моделирования выполнено совместно с Зимняковым Д.А. и Меглинским И.В. На выбор направления научных исследований оказали существенное влияние научные идеи доктора медицинских наук Сергея Рудольфовича Утца, докторов физико-математических наук профессоров Дмитрия Александровича Зимнякова и Валерия Викторовича Тучина.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Содержит 364 страницы машинописного текста, включая 11 таблиц и 173 рисунка, и список используемых источников, насчитывающий 562 наименования, в том числе 52 ссылки на основные публикации автора по теме диссертации.

Заключение Диссертация по теме "Биофизика", Синичкин, Юрий Петрович

Основные результаты и выводы работы можно кратко сформулировать в следующем виде.

1. На основе единого подхода, базирующегося на математическом моделировании и впервые проведенных длительных in vivo экспериментальных исследованиях динамики спектров диффузного отражения кожной ткани с целенаправленно изменяющимися свойствами, разработана физическая модель кожной ткани, адекватно описывающая особенности формирования спектра ее диффузного отражения. Определены исходные геометрические и оптические параметры модели, позволяющие моделировать реальные спектры диффузного отражения кожной ткани при изменениях в ее морфо-функциональном состоянии. Показано, что в условиях детектирования излучения, близких к условиям регистрации излучения с помощью интегрирующей сфере, изменение рассеивающих свойств в меньшей степени по сравнению с поглощением определяет изменения спектра диффузного отражения.

2. Разработанная физическая модель кожной ткани позволила с помощью параметра «эффективная оптическая плотность» количественно оценивать по спектрам диффузного отражения кожи содержание основных ее хромофоров (меланина и гемоглобина крови). Выявлены границы применимости данного параметра для оценки содержания хромофоров, обусловленные пространственным распределением хромофоров в объеме биоткани. Параметр эффективен при определении поглощающих свойств хромофоров, локализованных вблизи поверхности среды; в случае их равномерного распределения по объему правомерно использование параметра при условии слабой спектральной зависимости рассеивающих свойств среды.

3. Разработаны методы in vivo определения физиологических параметров биоткани по спектрам диффузного отражения кожи, в частности, трехволновый метод in vivo определения индексов эритемы и меланиновой пигментации кожи человека, в котором учтены рассеивающие свойства кожной ткани в случае определения индекса меланина и рассеивающие свойства кожной ткани и поглощение меланина в случае определения индекса эритемы, и метод определения содержания гемоглобина и степени его оксигенации, позволяющий исследовать динамику изменения данных параметров в процессе внешних воздействий на организм человека.

4. В результате проведенных in vitro и впервые in vivo экспериментальных исследований определена динамика рассеивающих свойств биотканей (склеры и кожи) в результате воздействия осмотически активных иммерсионных субстанций. Выявленные различия в поведении отклика среды на иммерсию, связанные с условиями эксперимента (in vitro или in vivo), позволили сделать вывод о необходимости учета побочных эффектов, связанных с процессом иммерсии биотканей в условиях in vivo.

5. На основе единого подхода, базирующегося на математическом моделировании и впервые проведенных длительных in vivo экспериментальных исследованиях динамики спектров УФА возбужденной АФ кожной ткани с целенаправленно изменяющимися свойствами, разработана физическая модель кожной ткани, адекватно описывающая особенности формирования спектра ее АФ. Определено, что основной вклад в АФ кожи в данном спектральном диапазоне дает коллаген дермы, а вклад флуорофоров эпидермиса (кератина и НАД-Н) не превышает 10%. Наблюдаемый спектр флуоресценции формируется за счет эффекта внутреннего фильтра, связанного с поглощением основных хромофоров кожной ткани.

6. Разработанная физическая модель кожной ткани для анализа спектров ее АФ позволила путем введения нового параметра «эффективная оптическая плотность» количественно оценивать по спектрам АФ кожи содержание основных ее хромофоров (меланина и гемоглобина крови).

7. Введенный параметр «эффективная оптическая плотность» биоткани позволил разработать новые методы in vivo определения индексов эритемы и меланиновой пигментации кожи по спектрам ее АФ, возбужденной УФА излучением.

8. Показано, что корректная оценка солнцезащитного фактора (СЗФ) фотозащитных препаратов (ФП) может быть получена лишь при исследованиях in vivo, когда учитываются изменения оптических свойств эпидермиса, являющиеся результатом применения наружного препарата. Разработан новый метод определения СЗФ ФП, основанный на in vivo измерении интенсивности УФА возбужденной АФ кожи и спектров ее диффузного отражения до и после нанесения ФП. Метод существенно сокращает время исследования и позволяет изучать временную динамику СЗФ. Аналогичный подход применим и для оценки СЗФ наружных препаратов, применяемых совместно с фотохимиотерапией, а также для оценки количества меланина, вносимого в кожу при использовании меланинсодержащих композиций.

9. Показаны возможности in vivo флуоресцентной спектроскопии в дерматологии, в частности, для оценки реакции кожи на воздействие мест-но-раздражающих агентов, мониторинга изменения кровотока в условиях прекращения венозного оттока, оценки глубины проникновения и времени присутствия псораленов в кожной ткани.

10. Развит метод in vivo спектральной колориметрии биотканей, при этом впервые показана возможность использования цветовых характеристик АФ кожи для анализа ее морфо-функционального состояния. Исследования цветовых характеристик рассеянного белого цвета и АФ кожи с изменяющимися параметрами (УФ наведенные эритема и пигментация) показали, что увеличение содержания крови в кожной ткани сопровождается уменьшением величины цветового параметра hue в случае отраженного белого света и величины параметра Z,* в случае АФ. Цветовое различие АЕ между нормальной и патологической кожей может служить критерием оценки происходящих в коже изменений хромофорного состава.

11. Разработанная трехволновая методика определения индексов эритемы и пигментации кожи реализована в компактном приборе эритема-меланинометре ЭММ-01. Продемонстрирована достаточно высокая чувствительность ЭММ-01 при оценке выраженности основных фотобиологических феноменов после УФ облучения. Предложено использовать ЭММ-01 для определения типа кожи человека и начальной дозы УФА излучения перед фотохимиотерапией (ПУФА-терапии) псориаза.

12. Разработаны физические основы и алгоритмы компьютерной визуализации биоткани в целях определения пространственного распределения хромофоров в живой биоткани. Впервые показана принципиальная возможность количественного определения содержания меланина в волосах путем RGB-анализа его цветного изображения. Впервые in vivo экспериментально исследованы возможности метода визуализации пространственного распределения основных хромофоров кожной ткани, основанного на формировании компьютерного изображения кожной поверхности, где параметрами визуализации являются диагностические параметры (индексы эритемы и меланиновой пигментации). Показано существенное увеличение чувствительности контраста компьютерного изображения к изменению содержания хромофоров по сравнению с изображением в белом свете.

13. На основе представления о подобии статистических моментов многократно рассеянных оптических полей предложена феноменологическая модель эволюции состояния поляризации излучения, распространяющегося в многократно рассеивающей среде, основанная на статистике эффективных оптических путей парциальных составляющих распространяющегося излучения. Результаты экспериментальных исследований распространения когерентного излучения с исходной линейной поляризацией через многократно рассеивающую среду в форме слоя, интерпретированные с помощью предложенной феноменологической модели, определили влияние рассеивающих свойств (параметра анизотропии рассеяния g) среды на длину деполяризации распространяющегося излучения. Длина деполяризации £р немонотонно увеличивается с ростом параметра анизотропии g, достигая максимального значения » (8+9)/* (Г - транспортная длина рассеяния среды) при значении дифракционного параметра рассеивающих частиц ка » 8 (к - волновое число зондирующего излучения, а - эффективное значение радиуса рассеивающей частицы) или при 0,91+0,93, что приблизительно соответствует первому резонансу Ми в зависимости сечения рассеяния оптически «мягких» частиц с относительным показателем преломления порядка 1,10+1,30 от дифракционного параметра.

14. На основе предложенной феноменологической модели проведен анализ экспериментальных исследований эволюции состояния поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при многократном рассеянии линейно поляризованного света. Получено, что для многократно рассеивающих сред, состоящих из «мягких» частиц, максимальное значение « 4Г наблюдается в случае изотропного рассеяния (g« 0); с ростом параметра анизотропии длина деполяризации монотонно убывает до значений « Г при g« 0,91+0,93.

15. Впервые получено выражение для оценки предельного значения степени остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при освещении линейно поляризованным светом неупорядоченной многократно рассеивающей полубесконечной среды. Для многократно рассеивающих сред, характеризующихся значениями параметра анизотропии g«

0,90+0,95, предельная степень остаточной линейной поляризации при обратном рассеянии составляет величину Р, « 0,0287; в случае рассеивающих сред с g« 0 соответствующее предельное значение Р близко к 0,28.

16. Исследовано влияние поглощения рассеивающей среды на степень остаточной поляризации обратно рассеянного излучения при зондировании многократно рассеивающих сред линейно поляризованным светом. В рамках предложенного феноменологического подхода впервые получено приближенное выражение, описывающее зависимость степени остаточной линейной поляризации обратно рассеянного излучения от оптических характеристик (поглощения и рассеяния) многократно рассеивающей среды.

17. Разработан метод поляризационной визуализации многократно рассеивающей среды, содержащей макронеоднородность, основанный на анализе пространственных распределений степени поляризации рассеянного вперед средой линейно поляризованного лазерного излучения. Показано, что метод поляризационной визуализации может дать определенное преимущество в сравнении с традиционными схемами оптической томографии в области переходных режимов рассеяния, когда модальные значения распределений эффективных оптических путей сравнимы с длиной деполяризации рассеивающих сред.

18. Проведен сравнительный анализ качества формируемых изображений при использовании различных поляризационных характеристик обратно рассеянного излучения в качестве параметра визуализации, который показал, что как и в случае анализа поляризационных характеристик прошедшего через среду излучения с исходной линейной поляризацией, метод поляризационной визуализации может дать определенное преимущество в области переходных режимов рассеяния. Оптимальное соотношение между глубиной проникновения света в объем ткани и длиной деполяризации может быть получено за счет выбора длины волны зондирующего линейно поляризованного излучения.

19. Разработан новый метод диагностики биотканей, основанный на анализе спектра степени поляризации и разностного спектра ко- и кросс-поляризованных составляющих диффузно отраженного биотканью линейно поляризованного света. Показано, что спектр степени поляризации диффузно отраженного биотканью линейно поляризованного света чувствителен к изменению поглощающих свойств биоткани, а разностный поляризационный спектр - к изменениям структуры и рассеивающих свойств ее подповерхностных слоев в пределах длины деполяризации в среде света с исходной линейной поляризацией.

Автор выражает глубокую признательность и благодарность своим коллегам доктору медицинских наук Сергею Рудольфовичу Утцу, докторам физико-математических наук, профессорам Валерию Викторовичу Тучину и Дмитрию Александровичу Зимнякову за многолетнее плодотворное творческое сотрудничество, активное участие в выборе стратегии исследований, постоянное внимание и поддержку в процессе реализации научных идей. Автор также искренне благодарен Игорю Владиславовичу Меглинскому, Альберту Хурматовичу Мавлютову, Алексею Николаевичу Башкатову за помощь при выполнении математического моделирования, Леониду Евгеньевичу Долотову за помощь в разработке экспериментального оборудования и программного обеспечения, Вячеславу Ивановичу Кочубею, Александру Петровичу Соловьеву, Ольге Викторовне Зюрюкиной, Александру Борисовичу Правдину, Ирине Алексеевне Овчинниковой, Элине Алексеевне Гениной, Ольге Дмитриевне Одоевской за многочисленные советы и практическую помощь, оказанные в процессе выполнения работы, а также всем сотрудникам кафедр оптики и лазерной и компьютерной физики СГУ за оказанную моральную поддержку при выполнении данной работы.

Заключение

Библиография Диссертация по биологии, доктора физико-математических наук, Синичкин, Юрий Петрович, Саратов

1. Anderson R.R., Parrish J.A. Optical properties of human skin // The Science of Photomedicine / Eds. J.D. Regan, J.A. Parrish New York: Plenum Press, 1982.-P. 147-194.

2. Kollias N., Bager A.N. Spectroscopic characteristics of human melanin in vivo // J. Invest. Dermatol. 1985. Vol. 85. - P. 38-42.

3. Van Gemert M.J.C., Jacques S.L., Sterenborg H.J.C.M., Star W. Skin optics // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1989. - Vol. 36. - P. 1146-1154.

4. Optical properties of mammalian tissue / Eds. L.E.Preuss, A.F.Profio // Appl. Opt. -1989. Vol. 28. - P. 2207-2357.

5. Patterson M.S., Chance В., Wilson B.C. Time resolved reflectance and transmittance for the non-invasive measurement of tissue optical properties // Appl. Opt. 1989. - V. 28. - 2. - P. 2331-2336.

6. Peters V.G., Wyman D.R., Patterson M.S., Frank G.L. Optical properties of normal and diseased human tissues in the visible and near infrared // Phys. Med. Biol. 1990. - Vol. 35. - P. 1317-1334.

7. Cheong W.-F., Prahl S.A., Welch A.J. A review of the optical properties of biological tissues // IEEE Quant. Electr. 1990. - Vol. 26. -12. - P. 2166-2185.

8. Jacques S.L. The role of skin optics in diagnostic and terapeutic uses of lasers// Lasers in Dermatology / Ed. R. Steiner- Berlin: Springer-Verlag, 1991. -P. 1-21.

9. Tissue optics / Eds. A.J.Welch, M.C.J, van Gemert New York: Academic, 1992.

10. Marchesini R., Clemente C., Pignoli E., Brambilla M. Optical properties of in vivo epidermis and their possible relationship with optical properties of In vivo skin // Photochem. Photobiol. 1992. - Vol. 16. - P. 127-140.

11. Кузьмин В.В., Жаров В.П. Основные принципы и особенности транску-танной «отражательной» оксиметрии //ЖПС. 1993. - 3. - С. 36-42.

12. Anderson R.R. Optics of the Skin // Clinical Photomedicine / Eds. Lim H.W., Soter M.A. New York: Marcel Dekker, 1993.

13. Prahl S.A., van Gemert M.J.C., Welch A.J. Determination the optical properties of turbid media by using the adding-doubling method // Appl. Opt. -1993.-Vol. 32.-P. 559-568.

14. Graaff R., Dassel A.C.M., Koelnic M.H. et al. Optical properties of human dermis in vitro and in vivo //Appl. Optics. -1993. Vol. 32. - 4. - P. 435-446.

15. Roggan A., Minet O., Schroder C., Muller G. The determination of optical tissue properties with double integrating sphere technique and Monte Carlo simulations // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2100. -P. 42-56.

16. Andersen P.H., Bjerring P. Remittance spectroscopy: hardware and measuring principle // Bioengineering of the skin: cutaneous blood flow and erythema / Eds. E. Berardesca, P. Eisner, H. I. Maibach. New York: CRC Press, 1995.-P. 231-241.

17. Wang L., Jacques S.L. Use of a laser beam with an oblique angle of incidence to measure the reduced scattering coefficient of a turbid medium // Appl. Opt. 1995. - Vol. 34. - 13. - P. 2362-2366.

18. Wilson B.C. Measurement of tissue optical properties: methods and theories // Optical-thermal response of laser-irradiated tissue / Eds. A.J. Welch, M.J.C. van Gemert New York: Plenum Press, 1995. - P. 233-274.

19. Тучин В.В. Исследование биотканей методами светорассеяния // Успехи физ. наук. 1997. - Т. 167. - 5. - С. 517-539.

20. Тучин В.В. Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 1998.

21. Кочубей В.И., Конюхова Ю.Г. Методы спектральных исследований крови и костного мозга. Саратов: Изд-во Сарат. ун-та. 2000.

22. Schmitt J.M., Zhou G.X., Walker Е.С. Multilayer model of photon diffusion in skin // J. Opt. Soc. Am. A. 1990. - Vol. 7. - P. 2141-2153.

23. Dawson J.В., Barker J.W., Ellis D.J. et al. A theoretical and experimental study of light absorption and scattering by in vivo skin // Phys. Med. Biol. -1980.-Vol. 25.-P. 695-709.

24. Feather J.W., Ryatt K.S., Dawson J.B. Reflectance spectrophotometric quantification on skin colour changes induced by topical corticosteroid preparations // Br J. Dermatol. 1982. - Vol. 106. - P. 436-443.

25. Parrish J.A. Responses of skin to visible and ultraviolet radiation // Biochemistry and physiology of the skin / Ed. Goldsmith L.A. New York: Oxford University Press, 1983. - P. 713-733.

26. Farr P.M., Differ B.L. Quantitative studies on cutaneous erythema induced by ultraviolet radiation // Br. J. Dermatol. 1984. - Vol. 111. - P. 673-682.

27. Kollias N. Bager A.N. On the assessment of melanin human skin in vivo // Photochem. Photobiol. 1986. - Vol. 43. - P. 49-54.

28. Feather J.W., Haijzadeh M. et al. A portable scanning reflectance spectrophotometer using visible wavelengths for rapid measurement of skin pigments // Phys. Med. Biol. 1989. - Vol. 34. - P. 807-820.

29. Andersen P.H., Bjerring P. Spectral reflectance of human skin in vivo // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1990. - Vol. 7. - P. 5-12.

30. Wilson B.C., Jacques S.L. Optical reflectance and transmittance of tissues: principles and applications // IEEE J. Quant. Electr. 1990. - Vol. 26. - P. 2186-2199.

31. Andersen P.H., Bjerring P. Non invasive computerized analysis of skin chromophores in vivo by reflectance spectroscopy // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1990. - Vol. 7. - 6. - P. 249-257.

32. Pearse A.D., Edwards C., Hill S., Marks R. Portable erythema meter and its application to use in human skin // Int. J. Cosmet. Sci. 1990. - Vol. 12. - P. 63-70.

33. Rosen C.F., Jacques S.L., Stuart M.E. et al. Immediate pigment darkning: visual and reflectance spectrophotometric analysis of action spectrum // Pho-tochem. Photobiol. 1990. - Vol. 51. - 5. - P. 583-588.

34. Kollias N. Al-Hassan J.M. Evaluation of toxicity of catfish skin toxin using diffuse reflectance methods // J. Pharmaceutical Biomed. Anal. 1991. - Vol. 9. - 3. - P. 255-259.

35. Kollias N., Gillies R.f Muccini J. A. et al. A single parameter, oxygeneted hemoglobin, can be used to quantify experimental irritant-induced inflammation// J. Invest. Dermatol. -1991. Vol. 90. - P. 421-424.

36. Marchesini R., Brambilla M., Clemente С et al. In vivo spetrophotometric evaluation of neoplastic and non-neoplastic skin pigmented lesions. I. Reflectance measurements // Photochem. Photobiol. - 1991. - Vol. 53. - P. 7784.

37. Differ B.L., Farr P.M. Quantitative aspects of ultraviolet erythema // Clin. Phys. Physiol. Meas. -1991. -Vol. 12.-P. 311-325.

38. Edwards C., Heggie R. A small state meter for measuring melanin pigmentation // The Environmental Threat to the Skin / Eds. R. Marks, G. Plewig Martin Dunitz, 1992. - P. 149-154.

39. Kollias N., Bager A.N., Sadig I., Sayer R.M. In vitro and in vivo ultraviolet -induced alterations of oxy- and deoxyhemoglobin // Photochem. Photobiol. -1992. Vol. 56. - 2. - P. 223-227.

40. Королевич A. H., Олейник E. В., Севковский Я. И., Хайруллина А. Я. Особенности спектров диффузионного отражения и пропускания нормальных и опухолевых тканей //ЖПС. 1993. - Т.58. - 5-6. С. 555-559.

41. Tsay C.-L., Fonke J.M. Non-invasive detection of water and blood content in soft tissue from optical reflectance spectrum // Proc. SPIE. 1993. - Vol 1888.-P. 479-486.

42. Marbach R., Koschinsky Th., Gries F.A., Heise H.M. Noninvasive Blood Glucose Assay by Near-Infrared Diffuse Reflectance Spectroscopy of the Human Inner Lip // Appl. Spectroscopy. 1993. - Vol. 47. - 7. - P. 875-881.

43. Kollias N. Bager A.N., Sadig I. Minimum erythema dose determination in individuals of skin type V and VI with diffuse reflectance spectroscopy // Pho-todermatol. Photoimmunol. Photomed. 1994. - Vol. 10. - P. 249-254.

44. Geyer A., Vilser W., Karte K. et al. Remittance spectroscopy of human skinin vivo//Skin Res. Technol. 1996. - Vol. 2. - P. 122-125.

45. Van Gemert M.J.C., Nelson N.S., Milner Т.Е. et al. Non-invasive determination of port wine stain anatomy and physiology for optimal laser treatment strategies // Phys. Med. Biol. -1997. Vol. 42. - P. 937-949.

46. Andersen P.H. Reflectance spectroscopic analysis of selected experimental dermatological models with emphasis on cutaneous vascular reactions // Skin Research Technology. 1997. - Vol. 3. -1. - P. 5-58.

47. Utzinger U., Brewer M., Silva E. et al. Reflectance spectroscopy for In vivocharacterization of ovarian tissue // Lasers Surg. Med. 2001. - Vol. 28. - P. 56-66.

48. Mehrubeoglu M., Kehtarnavaz N., Marquez G. et al. Skin lesion classification using oblique-incidence diffuse reflectance spectroscopic imaging //Appl. Opt. 2002. - Vol. 41. - 1. - P. 182-192.

49. Kolmel K.F., Sennhenn В., Giese K. Investigation of skin by ultraviolet remittance spectroscopy// Br. J. Dermatol. 1990. - Vol. 122. - 2. - P. 209-216.

50. Wan S., Anderson R.R., Parrish J.A. Analitical modeling for the opticalproperties of the skin in vitro and in vivo applications // Photochem. Photobiol. -1981.-Vol. 34.-P. 493-499.

51. Differ B.L. A mathematical model for ultraviolet optics in skin // Phys. Med. Biol. 1983. - Vol. 28. - P. 647-657.

52. Jacques S.L., Prahl S.A. Modeling optical and termal distribution in tissue during laser irradiation // Lasers Sug. Med. 1987. - Vol. 6. - P. 494-503.

53. Ярославский И.В., Тучин В.В. Распространение света в многослойных рассеивающих средах. Моделирование методом Монте Карло // Опт. Спектр. 1992.-Т. 72.-4.-С. 934-939.

54. Zeng Н., MacAulay С., Palcic В., McLean D.I. A computerized autofluores-cence and diffuse reflectance spectroanalyser system for in vivo skin studies // Phys. Med. Biol. 1993. - Vol. 38. - P. 231-240.

55. Norvang L.T., Fiskerstand E.J. et al. The influence of tissue parameters on visual reflectance spectra of port-wine strains and normal skin // Proc. SPIE. -1995.-Vol. 2623.-P. 2-14.

56. Svaasand L.O., Norvang L.T., Fiskerstrand E.S. et al. Tissue parameters determining the visual appearence of normal skin and port wine stains // Las. Med. Sci. 1995. - Vol. 10. - P. 55-65.

57. Kopola H., Lahti A., Myllyla R.A., Hannuksela M. Two-channel fiber optic skin erythema meter // Opt. Eng. 1993. - Vol.32. - 2. - P. 222-226.

58. Chance B. Pyridine nucleotide as an indicator of the oxygen requerements for energy-linked functions of mitochondria // Circ. Res. 1976. - Vol. 38. - P. 31-36.

59. Черницкий E.A., Слобожанина Е.И. Спектральный анализ в медицине. Мн.: Наука и техника, 1980.

60. Лакович Дж. Основы флуоресцентной спектроскопии. М.: Мир, 1986.

61. Leffell D.J., Stetz M.L., Milstone L.M., Deckelbaum L.I. In vivo fluorescence of human skin //Arch. Dermatol. 1988. - Vol. 124.-10.-P. 1514-1518.

62. Владимиров Ю.А., Потапенко А.Я. Физико-хмические основы фотобиологических процессов. М.: Высшая школа, 1989.

63. Kaijzer М., Richards-Kortum R.R., Jacques S.L., Feld M.S. Fluorscence spectroscopy of turbid media: autofluorescence of the human aorta // Appl. Optics. 1989. - Vol. 28. - P. 4286-4292.

64. Lohmann W., MufJmann J., Lohmann C., Kunzel W. Native fluorescence of the servix uteri as a marker for displasia and invasive carcinoma // Eur. J. Ob-stet. Gynecol. Reprod. Biol. 1989. - Vol.31. - P. 249-253.

65. Tang G.C., Pradhan A., Sha W. et al. Pulsed and cw laser fluorescence spectra from cancerous, normal, and chemically treated normal human breast and lung tissues//Appl. Opt. 1989. - Vol. 28. -12. - P. 2337-2342.

66. Cothren R.M., Richards-Kortum R., Sivak M.V. et al. Gastrointerstinal tissue diagnosis by laser-induced fluorescence spectroscopy at endoscopy // Gastrointest. Endosc. 1990. - Vol. 36. - P. 105-111.

67. Kapadia C.R., Cutzuzolla F.W. et al. Laser-induced fluorescence spectroscopy of human colonic mucosa // Gastroenterology. 1990. - Vol. 99. - P. 150157.

68. Glassman W.S., Liu C.H. et al. Ultraviolet excited fluorescence spectra from non-malignant and malignant tissues of gynecological tract // Lasers Life Sci.- 1992.-Vol.5.-P. 49-58.

69. Schomacker K.T., Frisoli J.K., Compton C.C. et al. Ultraviolet laser-induced fluorescence of colonic tissue: basic biology and diagnostic potential // Lasers Surg. Med. 1992. - Vol. 12. - P. 63-78.

70. Sterenborg H.J.C.M., Motamedi M. et al. In vivo optical spectroscopy: new promising techniques for early diagnosis of skin deseases // Skin Cancer. -1993.-Vol. 8.-3.-P. 57-65.

71. Mahadevan A., Mitchell M.F., Silva E. et al. Study of the fluorescence of normal and neoplastic human cervical tissue // Lasers Surg. Med. 1993. -Vol. 13.-P. 647-655.

72. Ramanuiam N., Mitchell M.F. et al. In vivo diagnosis of cervical intraepithelial neoplasia using 337-nm-excited laser-induced fluorescence // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1994. - Vol. 91. - P. 10193-10197.

73. Ramanujam N., Mitchell M.F., Mahadevan A. et al. Fluorescence spectroscopy: a diagnostic tool for cervical intraepithelial neoplasia (CIN) // Gynecologic Oncology. -1994 Vol. 52. - P. 31-38.

74. Sterenborg H.J.C.M., Motamedi M., Wagner R.F. et al. In vivo fluorescence spectroscopy and imaging of human skin tumors // Lasers Med. Sci. -1994.-Vol. 9.-P. 344-348.

75. Bocher Т., Beuthan J., Minet O. et al. Minimal invasive ischemia-monitoring using quantitative measurements of NADH-concentrations // Minimal Invasive Medizin. 1994. - Vol. 5. - 2. - P. 71-74.

76. Sterenborg H.J.C.M., Motamedi M., Wagner R.F. et al. In vivo fluorescence spectroscopy for diagnosis of skin diseases // Proc SPIE. 1995. - Vol. 2324. - P. 32-38.

77. Zeng H., MacAulay C., McLean D.I., Palcic B. Spectroscopic and microscopic characteristics of human skin autofluorescence emission // Photochem. Photobiol. 1995. - Vol 61. - 6. - P. 639-645.

78. Zonios G., Cothren R.M., Arendt J. et al. Fluorescence spectroscopy for colon cancer diagnosis // Proc. SPIE. 1995. - Vol. 2324. - P. 9-13.

79. Anidjar M., Cussenot O., Avrillier S. et al. Ultraviolet laser-induced autofluorescence distinction between malignant and normal urothelial cells and tissues // J. Biomed. Opt. 1996. - Vol. 1. - 3. - P. 335-341.

80. Sterenborg H.J.C.M., Saarnak A.E., Frank R., Motamedi M. Evaluation of spectral correction techniques for fluorescence measurements on pigmented lesions in vivo // Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology. -1996.-Vol. 35.-P. 159-165.

81. Andersson-Engels S., Klinteberg C., Svanberg K.f Svanberg S. In vivo fluorescence imaging for tissue diagnostics // Phys. Med. Biol. 1997. - Vol. 42.-P. 815-824.

82. Пушкарев С.В., Наумов С.А., Вовк С.М. Диагностика рака молочной железы. Томск: Изд-во «Водолей», 1999.

83. Lakowicz J.R. Principles of Fluorescence Spectroscopy. 2nd ed. New York: Plenum Press, 1999.

84. Приезжев A.B., Тучин B.B., Шубочкин Л.П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. М. 1989.

85. Рогаткин Д.А. Неинвазивная лазерная флуоресцентная диагностика в медицине // Лазерная медицина. 2000. - 4. - С. 30-35.

86. Galeotti Т., van Rossum G.D., Mayer D.H., Chance В. On the fluorescence of NAD(P)H in whole-cell preparations of tumors and normal tissues // Eur. J. Biochem. 1970. - Vol. 17. - P. 485-496.

87. Alfano R.R., Tata D.B., Cordero J.J. et al. Laser induced fluorescence spectroscopy from native cancerous and normal tissues // IEEE J. Quant. Electr. 1984. - Vol. 20. - P. 1507-1511.

88. Andersson P.S., Montan S., Avanberg S. Multispectral system for medical fluorescence imaging // IEEE J. Quant. Electr. 1987. - Vol. 23. - P. 17981805.

89. Alfano R.R., Tang G.C., Pradhan A. et al. Fluorescence spectra from cancerous and normal human breast and lung tissues // IEEE J. Quant. Electr. 1987. - Vol. 23. - P. 1806-1811.

90. Richards-Kortum R.f Rava R.P., Petras R.E. et al. Spectroscopic diagnosis of colonic dysplasia // Photochem. Photobiol. -1991. Vol. 53. - P. 777-786.

91. Andersson-Engels S., Johansson J., Svanberg S. Medical diagnostic system based on simultaneous multispectral fluorescence imaging // Appl. Optics. 1994. - Vol. 33(34). - P. 8022-8029.

92. Bottiroli G., Croce A.C., Locatelli D. et al. Natural fluorescence of normal and neoplastic human colon: a comprehensive "ex vivo"study // Lasers Surg. Med. 1995. - Vol. 16. - P. 48-60.

93. Richards-Kortum R., Rava R.P., Fitzmaurice M. et al. A one-layer model of laser-induced fluorescence for diagnosis of disease in human tissue: Applications to atherosclerosis // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1989. - Vol. 36. - P. 1222-1232.

94. Crilly R.J., Cheong W.-F., Wilson B.C., Spears J.R. Application of the adjoined method to Monte Carlo studies of fluorescence localization in turbid media // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2135. - P. 82-93.

95. Zeng H., MacAulay C., Palcic В., McLean D.I. Monte Carlo modeling of tissue autofluorescence measurement and imaging // Proc SPIE. 1994. - Vol. 2135.-P. 213-219.

96. Li X.D., O'Leary M.A., Boas D.A. et al. Fluorescence diffuse photon density waves in homogeneous and heterogeneous turbid media: analytic solutions and applications //Appl. Optics. -1996. Vol. 35. - P. 3746-3758.

97. Welch A.J., Gardner C., Richards-Kortum R. et al. Propagation of fluorescent light// Lasers Surg. Med. 1997. - Vol. 21. - P. 166-178.

98. Zeng H., MacAulay C., McLean D.I., Palcic B. Reconstraction of in vivo skin autofluorescence spectrum from microscopic properties by Monte Carlo simulation // J. Photochem. Photobiol. 1997. - Vol. 38. - P. 234-240.

99. Panou-Diamandi O., Uzunoglu N.K., Zacharakis G. et al. A one layer tissue fluorescence model based on electromagnetic theory // Journal of Electromagnetic Waves and Applications. 1988.-Vol. 12. - P. 1101-1121.

100. Kask P., Palo K., Fay N. et al. Two-Dimensional Fluorescence Intensity Distribution Analysis: Theory and Applications // Biophysical Journal. 2000. -Vol. 78.-P. 1703-1713.

101. Drezek R., Sokolov K., Utzinger U. et al. Understanding the contributions of NADH and collagen to cervical tissue fluorescence spectra: Modeling, measurements, and implications // J. Biomed. Opt. 2001. - Vol. 6. - No. 4. -P. 385-396.

102. Zeng H., MacAulay C., McLean D.I., Palcic B. A novel microspectropho-tometer and its biomedical application // Opt. Eng. 1993. - Vol. 32. - 8. - P. 1809-1814.

103. Seitz J.С., Whitmore C.G. Measurement of eruthema and tanning re-sponce in human skin using a tri-stimulus colorimeter // Dermatologica. -1988.-Vol. 177.-2.-P. 70-75.

104. Andreassi L., Casini L. et al. Measurement of cutaneous colour and assessment of skin type // Photodermatol. Phoimmunol. Photomed. 1990. -Vol. 7. - P. 20-24.

105. Adhoute H., De Rigal J., Marchand J.P. et al. Influence of age and sun exposure on the physical properties of the human skin: an in vivo study // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1992. - Vol. 9. - P. 99-103.

106. Deleixhe-Mauhin F., Krezinski J.M., Rorive G. et al. Quantification of skin color in patients undergouing maintenance hemodialysis // J. Amer. Acad. Dermatol. 1992. - Vol. 6. - P. 950-953.

107. Duteil L., Ortonne J.P. Colorimetric assessment of the effects of azelaic acid on light-induced skin pigmentation // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1992. - Vol. 9. - P. 67-71.

108. Moss R.H., Stoeker W.V., Lin S. et al. Skin cancer recognition by computer vision // Comput. Med. Imaging Graph. 1989. - Vol. 13. - P. 31-36.

109. Carscinelli N. Ferrario M., Bufalino R. et al. Results obtained by using a computerized image analysis system designed as an aid to diagnosis of cutaneous melanoma // Melanoma Research. 1992. - Vol. 2. - P. 163-170.

110. Claridge E., Hall P.N., Kreef M. et al. Shape analysis for classification of malignant melanoma//J. Biomed. Eng. 1992. - Vol. 14. - P. 229-234.

111. Umbaugh S.E., Moss R.H. An automatic color segmentation algoithm with application to identification of skin tumor holders // Comput. Med. Imaging Graph. 1992. - Vol. 16. - P. 227-235.

112. Kenet R.D. Digital imaging in dermatology // Clinics Dermatol. 1995. -Vol. 13.-P. 381-392.

113. Takiwaki H., Shirai S., Kanno Y. et al. Quantification of erythema and pigmentation using a videomicroscope and a computer // Brit. J. Dermatol. -1994.-Vol. 131.-P. 85-92.

114. Marchesini R., Tomatis S., Bartoli C. et al. In vivo spectrophotomeyric evaluation of neoplastic and non neoplastic skin pigmented lesions III. CCD camera-based reflectance imaging // Photochem. Photobiol. - 1995. - Vol. 62. -P. 151-154.

115. Takiwaki H., Serup J. Measurement of erythema and melanin indices // Handbook of non-invasive methods and the skin / Eds. J. Serup, B.E. Jemes -Boca Raton: CRC Press, 1995. P. 377-384.

116. Steinmetz J., Bjerring P. Video-optical monitoring of wheal and flare reactions. Effects of topical Na-sucrose-sulphate // Skin Res Technol. 1995. -Vol. 1.-P. 90-95.

117. Savolainen L., Kontinen J., Roning J., Oikarinen A. Application of machine vision to assess involved surface in patients with psoriasis // Br. J. Dermatol. -1997.-Vol. 137.-P. 395-400.

118. Wessman C.A., Aber J.D., Peterson D.L. et al. Remote sensing of canopychemistry and nitrogen cycling in temperate forest ecosystems // Nature. -1988.-Vol. 335.-P. 154-156.

119. Vane G., Goetz A.F.H. Terrestrial imaging spectrometry: current status, future trends // Remote Sens Environ. -1993. Vol. 44. - P. 117-126.

120. MacKintosh F.C., Zhu J.X., Pine D.J., Weitz D.A. Polarization memory of multiply scattered light// Phys. Rev. B. 1989. - Vol. 40. - P. 9342-9345.

121. MacKintosh F.C., John S. Diffusing-wave spectroscopy and multiple scattering of light in correlated random media // Phys. Rev. B. 1989. - Vol. 40. -P. 2383-2406.

122. Kuzmin V.L., Romanov V.P. Multiply scattered light correlations in an expanded temporal range // Phys. Rev. E. 1997. - Vol. 56. - 5 - P. 6008-6019.

123. Bicout D., Brosseau C., Martinez A.S., Schmitt J.M. Depolarization of multiply scattering waves by spherical difusers: influence of size parameter // Phys. Rev. E. 1994. - Vol. 49. - P. 1767-1770.

124. Sankaran V., Everett M.J., Mautland D.J., Walsh J.T. Comparison of pola-ized light propagation in biologic tissue and phantoms // Opt. Lett. 1999. -Vol. 24.-P. 1044-1046.

125. Зимняков ДА, Тучин В.В. Оптическая томография биотканей // Квантовая электр. 2002. - Т. 32. - 10. - С. 849-867.

126. Zimnyakov D.A., Tuchin V.V. Laser tomography // Medical applications of lasers. Chapter 5 / Eds. D.R. Vij, K. Mahesh Boston-Dordrecht-London: Klu-wer Academic Publishers, 2002. - P. 147-194.

127. Schmitt J.M., Gandjbakhche A.H., Bonner R.F. Use of polarized light to discriminate short-path photons in a multiply scattering medium // Appl. Opt. -1992. Vol. 31. - P. 6535-6546.

128. Tyo J.S., Pugh E.N., Engheta N. Colorimetric representations for use with polarization-difference imaging of objects in scattering media // JOSA. A. -1998.-Vol. 15.-P. 367-374.

129. De Boer J.F., Srinivas S.M., Hyle Park B. et al. Polarization effects in optical coherence tomography of various biological tissues // IEEE Selected Topics Quant. Electron. 1999. - Vol. 5. -4. - P. 1200-1204.

130. Anderson R.R. Polarized light examination and photography of the skin // Arch. Dermatol. -1991. Vol. 127. - P. 1000-1005.

131. Kollias N. Polarized light photorgaphy of human skin // Bioengineering of the Skin: Skin Surface Imaging and Analysis / Eds. K.-P. Wilhelm, P. Eisner, E. Berardesca, H. I. Maibach New York: CRC Press, 1997. - P. 95-106.

132. Demos S.G., Radousky H.B., Alfano R.R. Deep subsurface imaging in tissues using spectral and polarization filtering // Optics Express. 2000. - Vol. 7.-1.-P. 23-28.

133. Jacques S.L., Roman J.R., Lee K. Imaging superficial tissues with polarized light // Lasers Surg. Med. 2000. - Vol. 26. - P. 119-129.

134. Jacques S.L., Ramella-Roman J.C., Lee K. Imaging skin pathology with polarized light // J. Biomed. Opt. 2002. - Vol. 7. - 3. - P. 329-340.

135. Девятков Н.Д., Зубкова C.M., Лапурин И.В., Макеева Н.С. Физико-химические механизмы биологического действия лазерного излучения // Успехи совр. биол. 1987.-1. - С. 31-43.

136. Посудин Ю.И. Лазерная фотобиология. Киев, 1989.

137. Баграташвили В.Н., Баграташвили Н.В., Игнатьева Н.Ю. и др. Структурные изменения в соединительных тканях при умеренном лазерном нагреве // Квант. Электр. 2002. - Т. 32. -10. - С. 913-916.

138. Differ B.L., Oliver R.J., Farr P.M. A portable instrument for quantifying erythema induced by ultraviolet radiation // Br. J. Dermatol. 1984. - Vol. 111.- P. 663-672.

139. Agah R., Gandjbakhche A.H., Motamedi M. et al. Dynamics of temperature dependent optical properties of tissue: dependence on thermally induced alteration // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 1996. - Vol. 43. - 8.- P. 839-846.

140. Laser-induced interstitial thermotherapy / Eds. G.Muller, A.Roggan -Bellingham, SPIE, 1995.

141. Parrish J.A., Jacnicke K.F., Anderson R.R. Erythema and melanogenesis action spectra of normal human skin // Photochem. Photobiol. 1982. - Vol. 36.-P. 187-191.

142. Дубова Г.С., Хайруллина А.Я., Шумилина С.Ф. Восстановление спектров поглощения окси- и деоксигемоглобина по коэффициентам диффузного пропускания и отражения цельной крови //Журн. прикл. спектр. -1982.-Т. 36. 1.-С. 76-82.379Т

143. Anderson R.R. Tissue optics and photoimmunology // Photoimmunolology / Eds. J.A.Parrish et.al. New York: Plenum Press, 1983. - P. 61-76.

144. Gange R.W., Parrish J.A. Acute effects of ultraviolet radiation upon the skin // Photoimmunology / Eds. J.A.Parrish, M.L.Kripke, L.Morison New York: Plenum Medical Book Company, 1983.

145. Farr P.M., Differ B.L., Steele M.C. A preliminary study on the in vivo transmission of light through psoriatic plaques // Photodermatol. 1984. - Vol. 1.-P. 87-90.1. My

146. Kollias N. Bager A. An experimental study of the changes in pigmentation in human skin in vivo with visible and near infrared light // Photochem. Photo-biol. 1984. - Vol. 39. - P. 651-659.

147. Farr P.M., Diffey B.L. The erythemal response of human skin to ultraviolet radiation // Br. J. Dermatol. 1985. - Vol. 113. - P. 65-76.

148. Farr P.M., Differ B.L. The vascular response of human skin to ultraviolet radiation // Photochem. Photobiol. 1986. - Vol. 44. - P. 501-507.

149. Differ B.L., Farr P.M. The erythemal response to ultraviolet radiation in 4Й subjects with polymorphic light eruption // Br. J. Dermatol. 1986. - Vol. 114.1. P. 103-108.

150. Шабаров В.Л., Жогун B.H., Иванов A.B. и др. Рассеяние оптического излучения биологическими тканями // ЖПС. 1987. - Т. 47. - 5. - С. 825829.

151. Chance В., Leigh J.S., Miyake Н. et al. Comparison of time-resolved and -unresolved measurements of deoxyhemoglobin in brain // Proc. Natl Acad. Csi. 1988. - Vol. 85. - P. 4971-4975.

152. Ф 163. Anderson R.R., Beck H., Bruggemann U. et al. Pulsed photothermal radiometry in turbid media: internal reflectance of backscattered radiation strongly influences optical dosimetry//Appl. Optics. 1989. - Vol. 28. - P. 2256-2262.

153. Motamedi M., Rastegar S., LeCarpentier G., Welch A.J. Light and temperature distribution in laser irradiated tissue: the influence of anisotropic scattering and refractive index //Appl. Opt. 1989. - Vol. 28. - 12. - P. 22302237.

154. Keong С.-Н., Kurumaji Y., Nishioka К. A quantitative study of the interaction of ultraviolet A and ultraviolet В in producting delayed pigmentation // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1990. - Vol. 7. - P. 237-242.

155. Haijzahen M., Feather J.W., Dawson J.B. An investigation of factors affecting the accuracy of in vivo measurements of skin pigments by reflectance spectroscopy//Phys. Med. Biol. 1990. - Vol. 35. - P. 1301-1315.

156. Parrish J.A. Laser medicine and laser dermatology // J. Dermatol. 1990. -Vol. 17.-P. 587-594.

157. Cope M. The development of a near-infrared spectroscopy system and its application for non-invasive monitoring of celebral blood and tissue oxigena-tion in the newborn infant: PhD Dissertation. London: University of London,1991.

158. Baadsgaard O. In vivo ultraviolet irradiation of human skin results in profound pertubation of the immune system // Arch. Dermatol. -1991. Vol. 127. -P. 99-109.

159. Mendelson Y., McGinn M.J. Skin reflectance pulse oximetry in vivo measurements from the forearm and calf 11 J. Clin. Monit. 1991. - Vol. 7. - 1. - P. 7-12.

160. Jacques S.L., McAuliffe P.J. The melanosome: threshold temperature for explosive vaporization and internal absorption coefficient during laser irradiation // Photochem. Photobiol. 1991. - Vol. 6. - P. 769-775.

161. Diffey B.L., Robson J. The influence of pigmentation and illumination on the perception of erythema // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed.1992.-9.-P. 45-47.ф 173. Optical methods of biomedical diagnostics and therapy / Ed. V.V.Tuchin.

162. Bellingham: SPIE, 1992. Vol. 1981.

163. Quantitative spectroscopy in tissue / Eds. K.Frank, M.Kessler. Frankfurt am Main: Verlag, 1992.

164. Tuchin V.V. Lasers light scattering in biomedical diagnostics and therapy // J. Laser Appl. 1993. - Vol. 5. - 2, 3. - P. 43-60.

165. Maier J.S., Walker S.A., Fantini S. et al. Possible correlation between blood glucose concentration and the reduced scattering coefficient of tissuesin the near infrared // Opt. Lett. -1994. Vol. 19. - P. 2062-2064.

166. Matcher S.J., Cooper C.E. Absolute quantification of deoxyhaemoglobin concentration in tissue near infrared spectroscopy // Phys. Med. Biol. 1994. -Vol. 39.- P. 1-17.

167. Berardesca E. Erythema measurements in diseased skin // Bioengineering of the skin: cutaneous blood flow and erythema / Eds. E. Berardesca, P. Eisner, H. I. Maibach New York: CRC Press, 1995. - P. 253-257.

168. Bocher Т., Beuthan J., Minet O. et al. Fiberoptical sampling of NADH-concentration in Guinea-pig hearts during ischemia // Proc. SPIE. 1995. -Vol.2324.-P. 166-176.

169. Krug A., Kessler M., Hoper J. et al. Simultaneous monitoring of NAD(P)H, cytichromes, p02 and Hb02, in living tissue // Proc. SPIE. 1995. - Vol. 2324. -P. 155-165.

170. Хайруллина А.Я., Олейник Т.В., Юсупова Л.Б. Особенности биофизических свойств крови при гипоксии, определяемые по спектрам диффузного отражения и пропускания // Журн. прикл. спектр. 1996. - Т. 63. - 4. -С. 557-565.О

171. Troy T.L., Page D.L., Sevick-Muraca E.M. Optical properties of normal and diseased breast tissues: prognosis for optical mammography // J. Biomed. Opt. -1996. Vol. 1. - 3. - P. 342-355.

172. Chance В., Luo Q., Nioka S., Alsop D.C., Detre J.A. Optical investigations of physiology: a study of intrinsic biomedical contrast // Phil. Trans. R. Soc. Lond. B. 1997. - Vol. 352. - P. 707-716.

173. Perelman L.T., Backman V., Wallace M. et al. Observation of Periodic Fine Structure in Reflectance from Biological Tissue: A New Technique for Measuring Nuclear Size Distribution // Physical Review Letters. 1998. - Vol. 80. -3. - P. 627-630.

174. Altshuler G.B., Zenzie H.H., Erofeev A.V. et al. Contact cooling of the skin // Phys. Med. Biol. 1999. - Vol. 44. - P. 1003-1023.

175. Bigio I.J., Bown S.G., Briggs G. et al. Diagnosis of breast cancer using elastic-scattering spectroscopy: preliminary clinical results // J. Biomed. Opt.2000.-Vol. 5.-2.-P. 221-228.

176. Douplik A., Stratonnikov A.A., Loshchenov V.B. et al. Study of photody-namic reactions in human blood // J. Biomed. Opt. 2000. - Vol. 5. - 3. - P. 338-349. •

177. Hamaoka Т., Katsumura Т., Murase N. et al. Quantification of ischemic muscle deoxygenation by near infrared time-resolved spectroscopy // J. Biomed. Opt. 2000. - Vol. 5. - 1. - P. 102-105.

178. Ritz J.-P., Roggan A., Isbert C. et al. Optical properties of native and coagulated porcine liver tissue between 400 and 2400 nm // Lasers Surg. Med.2001.-Vol. 29.-P. 205-212.

179. Стратонников A.A., Ермишова H.B., Лощенов В.Б. Диагностика реакции капиллярного русла тканей на лазерное излучение // Квант. Электр.2002. Т. 32. - 10. - С. 917-922.

180. Pickering J. W., Moes C.J.M., Sterenborg H.J.C.M. et al. Two integrating spheres with an intervening scattering sample II J. Opt. Soc. Am. A. 1992. -Vol. 9.-P. 621-631.

181. Pickering J.W., Prahl S.A., van Wieringen N. et al. Doubling-integrating sphere system for measuring the optical properties of tissue // Appl. Opt. -1993.-Vol. 32.-P. 399-410.

182. Roggan A., Minet O., Schroder C., Muller G. Measurement of optical tissue properties using integrating sphere technique // SPIE Inst. Ser. 1993. - Vol. 11.-P. 149-165.

183. Star W.M. The relationship between integrating sphere and diffusion theory calculations of fluence rate at the wall of a spherical cavity // Phys. Med. Biol. 1995.-Vol. 40.-P. 1-8.

184. Hammer M., Roggan A., Schweitzer D., Muller G. Optical properties of ocular fundus tissues an in vitro study using the double-integrating-sphere technique and inverse Monte Carlo simulation // Phys. Med. Biol. - 1995. -Vol. 40. - P. 963-978.

185. Beek J.F., Blokland P., Posthumus P. et al. In vitro double-integrating-sphere optical properties of tissues between 630 and 1064 nm // Phys. Med. Biol. 1997. - Vol. 42. - P. 2255-2261.

186. Хайруллина А.Я., Олейник T.B., Буй Л.М. и др. Банк данных по оптическим и биофизическим свойствам крови, биотканей и биожидкостей в видимой и ближней ИК-области спектра // Оптический журнал. 1997. - Т. 64. - 3. - С. 34-38.

187. Kubelka P. New contributions to the optics of intensely light-scattering materials. Part I // J. Opt. Soc. Am. 1948. - Vol. 38. - P. 448-457.

188. Kubelka P. New contributions to the optics of intensely light-scattering materials. Part II // J. Opt. Soc. Am. -1954. Vol. 44. - P. 330-335.

189. Welch A.J., Yoon G., van Gemert M.J.C. Light distribution in tissue // Klinische Fysica. 1985. - 2. - P. 53-56.

190. Welch A.J., Yoon G.t van Gemert M.J.C. Practical models for light distribution in laser-irradiation tissue // Las. Sur. Med. 1987. - Vol. 1. - 4. - P. 488493.

191. Van Gemert M.J.C., Star W.M. Relations between the Kubelka-Munk and the transport equation models for anisotropic scattering // Lasers Life Sci. -1987.-Vol. 1.-4.-P. 287-298.

192. Star W.M., Marijnissen J.P.A., van Gemert M.J.C. Light dosimetry in optical phantoms and in tissue: I. Multiple flux and transport theory И Phys. Med. Biol. 1988. - Vol. 32. - 4. - P. 437-454.

193. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. Т. 1,2.- М.: Мир. 1981.

194. Steinke J.M., Sheperd А.Р. Diffusion model of the optical absorbance of whole blood //J. Opt. Soc. Am. 1988. - Vol. 5. - P. 813-822.

195. Yoon G., Prahl S.A., Welch A.J. Accuracies of the diffusion approximation and its similarity relations for laser irradiated biological media // Appl. Opt. -1989. Vol. 28. -12. - P. 2250-2255.

196. Утц C.P., Кочубей В.И., Ярославский И.В., Барабанов А.Ю. Оптические параметры эпидермиса в УФ диапазоне спектра // Вестн. Дерматол. -1993.-1.-С. 21-26.

197. Flock S.T., Wilson B.C., Patterson M.S., Wilson D.R. Monte Carlo modelling of light propagation in highly scattering tissue I: Model predictions and comparison with diffusion theory II IEEE Trans. Biomed. Eng. 1989. - Vol. 30.-P. 1162-1168.

198. Flock S.T., Wilson B.C., Patterson M.S. Monte Carlo Modeling of Light Propagation in Highly Scattering Tissues II: Comparison with Measurements in Phantoms II IEEE Transactions on Biomedical Engineering. - 1989. - Vol. 36.-12.-P. 1169-1173.

199. Graaf R., Koelink M.H., de Mul M.F.F.et al. Condensed Monte Carlo simulations for the description of light transport // Appl.Opt. 1993. - Vol. 32. - 4. -P. 426-434.

200. Yaroslavsky I.V., Tuchin V.V. An inverse Monte Carlo method for spectro-photometric data processing // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2100. - P. 57-68.

201. Hourdakis С.J., Parrish A. A Monte Carlo estimation of tissue optical properties for use in laser dosimetry // Phys. Med, Biol. 1995. - Vol. 40. - P. 351363.

202. Prahl S.A. The adding-doubling method // Optical-thermal response of laser-irradiated tissue / Eds A.J. Welch, M.J.C. van Gemert New York: Plenum Press, 1995. - P. 101-129.

203. Yaroslavsky I.V., Yaroslavsky A.N., Goldbach Т., Schwarzmaier H.-J. Inverse hybrid technique for determining the optical properties of turbid media from integrating-sphere measurements // Appl. Opt. 1996. - Vol. 35. - 34. -P. 6797-6809.

204. Wan S., Jaenicke K. F., Parrish J.A. Comparision of the erythemogenic effectiveness of ultraviolet-B (290-320 nm) and ultraviolet-A (320-400 nm) radiation by skin reflectance // Photochem. Photobiol. 1983. - Vol. 37. - P. 547-552.

205. Ryatt K.S., Feather J.W., Dawson J.В., and Cotterill J.A. The usefulness of reflection spectrophotometric measurements during psoralens and ultraviolet A therapy for psoriasis // J. Am. Acad. Dermatol. 1985. - Vol. 85. - P. 558-562.

206. Kollias N., Bager AN. A method for the noninvasive determination of melanin in human skin in vivo // The biological effects of UVA radiation / Eds. F. Urbach, R.W. Gange New York: Praeger Publ., 1986. - P. 226-230.

207. Bjerring P., Andersen P.H. Skin reflectance spectrophotometry // Photo-dermatol. 1987. - Vol. 4. - P. 167-178.

208. Kollias N., Bager A.N. Quantitative assessment of UV-induced pigmentation and erythema // Photodermatology. 1988. - Vol. 5. - P. 53-60.

209. Mendelson Y., Solomita M.V.J. The feasibility of spectrophotometric measurements of arterial oxygen saturation from the fetal scalp utilizing noninvasive skin-reflectance pulse oximetry// Biomed. Instrum. Technol. 1992. -Vol. 26.-P. 215-224.

210. Lu H., Edwards C., Gaskell S.G. et al. Melanin content and distribution in the surface corneocyte with skin phototypes // Brit. J. Dermatol. 1996. - Vol. 135.-P. 263-267.

211. Meglinski I.V., Matcher S.J. Quantitative assessment of skin layers absorption and skin reflectance spectra simulation in visible and near-infrared spectral region // Physiological Measurement. 2002. - Vol. 23. - P. 741-753.

212. Wood R.W. Fluorescence diagnostics // J. Physiol. (Paris). 1919. - 5 Serie IX.

213. Штейнберг М.А. Люминесцентный метод оценки результатов лечения некоторых кожных заболеваний // Вестн. Дерматол. 1966. - 5. - С. 43-66.

214. Caplan R.M. Medical uses of the Wood's lamp // JAMA. 1967. Vol. 202.1. P. 1035-1038.

215. Ильин И.И. Метод люминесцентной диагностики дерматозов // Воен.-мед. журнал. -1976. 9. - С. 73-75.

216. Гладких С.П., Старостин И.В., Алексеев Ю.В. и др. Микрофлюоресцентный метод диагностики кожных поражений при фотодерматозах // Вестн. Дерматол. 1984. - 6. - С. 15-17.

217. Прохоренков В.И., Гузей Т.Н. Определение копропорфирина III в устьях сальных желез методом контактной биомикроскопии // Вестн. Дерма-тол.- 1990.-6.-С. 21-23.

218. Gilchrest В.А., Fitzpatric Т.В., Anderson R.R. et al. Localization of melanin pigmentation with Wood's lamp // Br. J. Dermatol. 1977. - Vol. 96. - P. 245248.

219. Gilchrest B.A., Park H.-Y., Eller M.S. Yaar M. Mechanisms of ultraviolet light-induced pigmentation // Photochem. Photobiol. 1996. - Vol. 63. - 1. - P. 1-10.

220. Miksik I., Struzinsky R., Deyl Z. Change with age of UV absorbance and * fluorescence of collagen and accumulation of e-hexosyllysine in collagen from

221. Wistar rats living of different food restriction regimes // Mech. Ageing. Development. 1991. - Vol. 57. - P. 163-174.

222. Odetti P.R., Borgoglio A., Rolandi R. Age-related increase of collagen fluorescence in human subcutaneous tissue // Metabolism. 1992. - Vol. 41.-6. - P. 655-658.

223. Shukuwa Т., Nonaka S., Yoshida H. A comparative study of fluorescence a in malignant melanoma and nevocellular nevus using a fluorescence microscope and formalin-fixed specimens // J. Dermatol. 1990. - Vol. 17. - P. 538544.

224. Sterenborg H.J.S.M., van der Leun J.C. Change in epidermal transmission due to UV-induced hyperplasia in hairless mice: a first approximation of the action spectrum // Photodermatology. 1988. - Vol. 5. - P. 71-82.

225. Lytle A.C., Dunn J.В., Paspa P.M., Doiron D.R. Fluorescence video endoscopic system for early cancer detection // Proc. SPIE. 1990. - Vol. 1200. -P. 466-475.

226. Калантаевская K.J1. Морфология и физиология кожи человека. Киев: Здоровье, 1972.

227. Кожа (строение, функция, общая патология, терапия) / Под ред. A.M. Чернуха, Е.П. Фролова. М.: Медицина, 1982.

228. Odland G.F. Structure of the skin // Physiology, biochemistry, and molecular biology of the skin / Ed. L.A. Goldsmith Oxford: Univ. Press, 1991. -P. 3-62.

229. Alfano R.R., Pradhan A., Tang G.C. Optical spectroscopic diagnosis from cancer and normal human breast tissues // J. Optic. Soc. Am. B. 1989. -Vol. 6.-P. 1015-1023.

230. Bottirolli G., Marchesini R. et al. Autofluorescence of normal and tumor mucosa of colon: a comprehensive analysis // Proc. SPIE. 1993. - Vol. 1887.-P. 205-212.

231. Bottirolli G., Balzarini P., Croce A.C. Autofluorescence properties of colonic mucosa: dependence on excitation wavelength // Proc. SPIE. 1996. - Vol. 2927.-P. 173-179.

232. Andersson-Engels S., Canti G., Cubeddu R. et al. Preliminary evaluation of two fluorescence imaging methods for the detection and the delineation of basal cell carcinomas of the skin // Lasers Surg. Med. 2000. - Vol. 26. - P. 7682.

233. Meglinsky I.V., Matcher S.J. The application of the Monte Carlo technique for estimation of the detector depth sensitivity for the skin oxygenation measurements // Monte Carlo Methods and Appl. 2000. - Vol. 6. - 1. - P. 15-25.

234. Meglinski I.V., Matcher S.J. Computer simulation of the skin reflectance spectra // Computer Methods and Programs in Biomedicine 2003. - Vol. 70. -P. 179-186.

235. Синичкин Ю.П., Утц C.P. In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека. Саратов. Изд-во Сарат. ун-та, 2001.

236. Utz S.R., Barth J., Knuschke P., Sinichkin Yu.P. Fluorescence spectroscopy of human skin // Proc. SPIE. 1993. - Vol. 2081. - P. 48-57.

237. Utz S.R., Barth J., Knuschke P., Sinichkin Yu.P. Fluorescence spectroscopy in human skin diagnostics // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2100. - P. 225-232.

238. Sinichkin Yu.P., Utz S.R., Mavlyutov A.H., Pilipenko H.A. In vivo fluorescence spectroscopy of the human skin: experiments and models // J. Biomedical Optics. 1998. - Vol. 3. - P. 201-211.

239. Sandritter W. // Z. Pathol. 1953. - Vol. 64. - P. 520-530.

240. Baden H.P., Pathak M.A. The metabolism and function of urocanic acid in skin//J. Invest. Dermatol. 1967. - Vol. 48. - P. 11-17.

241. Kollias N., Bager A.N. Absorption mechanisms of human melanin in the visible, 400-720 nm // J. Invest. Dermatol. 1987. - Vol. 89. - P. 384-388.

242. Kollias N. The spectroscopy of human melanin pigmentation // Melanin: Its Role in Human Photoprotection KS: Valdenmar Publishing Co., 1995. - P. 31-38.

243. Margolis R.J., Dover J.S., Polla L.L. et al. Visible action spectrum for melanin-specific selective photothermolysis // Lasers Surg. Med. 1989. -Vol. 9. - P. 389-397.

244. Wolbarsht M.L., Walsh A.W., George G. Melanin, a unique biological absorber//Appl. Optics. 1990. - Vol. 20. -13. - P. 2184-2186.

245. Anderson R.R., Margolis R.J., Wantenabe S. et al. Selective phototermoly-sis of cutaneous pigmentation by Q-switched Nd: YAG laser pulses at 1064, 532, and 355 nm // J. Invest. Dermatol. 1989. - Vol. 93. - P. 28-32.

246. Prahl S. Optical spectra // http://omlc.oqi.edu.

247. Strange M., Cassady G. Neonatal transcutaneous bilirubinometry // Clin. Perinatol. 1985. - Vol. 12. - P. 51-62.

248. Knudsen A. Prediction of later hyperbilirubinaemia by measurement of skin colour on the first postnatal day and from cord blood bilirubin // Dan. Med. Bull. 1992. - Vol. 39. - P. 193-196.

249. Konig K., Ruck A., Scheckenburger H. Fluorescence detection and photo-dynamic activity of endogeneous protoporphyrin in human skin // Opt. Eng. -1993. Vol. 31. - 7. - P. 1470-1474.

250. Борн M., Вольф Э. Основы оптики. M.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1970.

251. Duck F.A. Physical properties of tissue: a comprehensive reference book. London: Academic, 1990.

252. Beauvoit В., Kitai Т., Liu H., Chance B. Time-resolved spectroscopy of mitochondria, cells, and rat tissues under normal and pathological conditions // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2326. - P. 127-136.

253. Dunn A., Smithpeter C., Welch A.J., Richards-Kortum R. Finite-difference time-domain simulation of light scattering from single cells // J. Biomed. Opt. -1997. Vol. 2. - 3. - P. 262-266.

254. Young A.R. Chromophores in human skin // Phys. Med. Biol. 1997. - Vol. 42. - P. 789-802.

255. Anderson R.R., Parrish J.A. The optics of the human skin // J. Invest. Dermatol. 1981. - Vol. 77. - P. 13-19.

256. Utzinger U., Richards-Kortum R.R. Fiber optic probes for biomedical optical spectroscopy//J. Biomed. Opt. 2003. - Vol. 8.- 1. - P. 121-147.

257. Farrell T.J., Wilson В., Patterson M.S. The use of a neural network to determine tissue optical properties from spatially resolved diffuse reflectance measurements // Phys. Med. Biol. 1992. - Vol. 37. - P. 2281-2286.

258. Kumar G., Schmitt J.M. Optimal probe geometry for near-infrared spectroscopy of biological tissue // Appl. Opt. 1997. - Vol. 36. - 10. - P. 22862293.

259. Tuchin V.V. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis. Bellingham: SPIE Press, 2000. - Vol. TT38.

260. Norvang L.T., Fiskerstand E.J., Konig K. et al. Comparison between reflectance spectra obtained with an integrating sphere and a fiber-optic collection system // Proc. SPIE. 1995. - Vol. 2624. - P. 155-164.

261. Zeng H.f MacAulay C., McLean D.I., Palcic B. Spectroscopy and microscopy studies of skin tissue autofluorescence emission // Proc. SPIE. 1995. -Vol. 2324. - P.198-207.

262. Sterenborg H.J.C.M., Thomsen S., Jacques S.L., and Motamedi M. In vivo autofluorescence of an unpigmented melanoma in mice. Correlation of spectroscopic properties to microscopic structure // Melanoma Res. 1995. - Vol. 5.-P. 211-216.

263. Wetlaufer D.B. Ultraviolet absorption spectra of proteins and amino acids // Advan. Protein. Chem. 1962. - Vol. 17. - P. 303-340.

264. Kozikowski S., Wolfram L.J., Alfano R.R. Fluorescence spectroscopy of eumelanins // IEEE J. Quant. Electr. 1984. - Vol. QE-20. - 12. - P. 13791382.

265. Chance В., Mela L., Wong D. // Flavins and Flavoproteins / Ed. K. Yagi -University Park Press, 1968. P. 102-121.

266. Elias P.M. Epidermal lipid, membranes, and keratinization // Int. J. Dermatol. 1981. - Vol. 20. - P. 1-19.

267. Довжанский С.И., Утц С.P. Псориаз или псориатическая болезнь. Часть I и II. Саратов: Изд-во СГУ, 1992.

268. Lohmann W., Nilles М., Bodeker R.H. In situ differentiation between nevi and malignant melanoms by fluorescence measurements // Naturwis-senschften. 1991. - Bd. 78. - S. 456-457.

269. Hopewell J.W. The skin: its structure and response to ionizing radiation // Int. J. Radiat. Biol. 1990. - Vol. 57. - P. 751-773.

270. Fuchs J. Oxidative injury in dermatopathology. Berlin: Springer Verlag, 1992.

271. Vitellaro-Zuccarello L., Cappelletti S., Rossi V.D.P., Sari-Gorla M. Stereological analysis of collagen and elastic fibres in the normal human dermis: variability with age, sex and body region //" Anat. Record. 1994. - Vol. 238.-P. 153-162.

272. Oikarinen A. Aging of the skin connective tissue: how to measure the biochemical and mechanical properties of aging dermis // Photodermatol. Pho-toimmunol. Photomed. 1994. - Vol. 10. - P. 603-608.

273. Anderson R.R. In vivo fluorescence of the human skin letter, comment. // Arch. Dermatol. 1989. - Vol. 125. - P. 999-1000.

274. Утц С.P., Довжанский B.B., Хомутова Т.Г., Одоевская О.Д. Использование метода поверхностной биопсии кожи в дерматологической практике // Вестн. Дерматол. 1992. - 7. - С. 37-41.

275. Rol P.O. Optics for transscleral laser applications: PhD Dissertation: Swiss Federal Institute of Biomedical Engineering, Zurich, Switzerland, 1991.

276. Аскарьян Г.А. Увеличение прохождения лазерного и другого излучения через мягкие мутные физические и биологические среды // Кван. Электр. 1982. - Т. 9. - 7. - С. 1379-1383.

277. Jacques S.L., Alter С.А., Prahl S.A. Angular dependence of He-Ne laser light scattering by human dermis // Lasers Life Sci. 1987. - Vol. 1. - P. 309349.

278. Меглинский И.В., Матчер С.Д. Анализ пространственного распределения чувствительности детектора в многослойной случайно-неоднородной сильно рассеивающей и поглощающей свет среде методом Монте-Карло // Опт. и спектр. 2001. - Т. 91. - 4. - С. 692-697.

279. Меглинский И.В. Моделирование спектров отражения оптического излучения от случайно-неоднородных многослойных сильно рассеивающих и поглощающих свет сред методом Монте-Карло // Квантов, электр. 2001. - Т. 31. - 12. - С. 1101-1107.

280. Синичкин Ю.П., Утц С.Р., Пилипенко Е.А. Спектроскопия кожи человека in vivo: 1. Спектры отражения // Оптика и спектр. 1996. - Т. 80. - 2. - С. 260-267.

281. Sinichkin Yu.P., Utz S.R., Meglinsky I.V., Pilipenko H.A. Fluorescence spectroscopy in combine with reflectance measurements in human skin examination: what for and how // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2324. - P. 125136.

282. Mavlyutov A.H., Sinichkin Yu.P., Utz S.R. Nonlinear affect of UV radiation on the human skin: erythema and pigmentation // Proc. SPIE. 1997. - Vol. 3053. - P. 183-195.

283. Киселева И.А., Синичкин Ю.П. Оптическая плотность рассеивающей среды. // Проблемы оптической физики: Материалы 4-й международной молодежной научной школы по оптике, лазерной физике и биофизике. -Саратов: Изд-во Сарат. ун-та, 2001. С. 57-59.

284. Kiseleva I.A., Sinichkin Yu.P. The apparent optical density of the scattering medium: influence of sacttering // Proc. SPIE. 2002. - Vol. 4707. - P. 223227.

285. Farrell T.J., Patterson M.S., Wilson B. A diffuse theory model of spatially resolved, steady-state diffuse reflectance for the noninvasive determination of tissue optical properties in vivo // Med. Phys. 1992. - Vol. 19. - P. 879-888.

286. Wendlandt W.W., Hecht H.G. Reflectance spectroscopy // Chemical Analysis. Vol. 21 / Eds. P.J. Elving, I.M. Kolthoff. New York: Interscience, 1960.

287. Синичкин Ю.П., Утц C.P., Долотов Л.Е., Пилипенко Е.А., Тучин В.В. Методика и прибор для оценки степени эритемы и меланиновой пигментации кожи человека // Радиотехника. 1997. - 4. - С. 77-81.

288. Утц С.Р., Синичкин Ю.П., Долотов Л.Е. Измеритель физико-биологических характеристик кожи. Свидетельство на Полезную модель №4900 от 16.09.97.

289. Утц С.Р., Синичкин Ю.П. Портативный эритемо-меланинометр для дерматологии и косметологии // Вестник дерматологии и венерологии. -1997.-5.-С. 48-54.

290. Jobsis F.F. Noninvasive, infrared monitoring of celebral and myocardial oxygen sufficiency and circulatory pasrameters // Science. 1977. - Vol. 19. -P. 1264-1269.

291. Mendelson Y., Kent J.C., Yocum B.L., Birle M.J. Design and evaluation of a new reflectance pulse oximeter sensor // Med. Instrum. 1988. - Vol. 22. -P. 167-173.

292. Mendelson Y., Ochs B. D. Noninvasive pulse oximetry utilizing skin reflectance photoplethysmography // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1988. - Vol. 35.1. P. 798-805. (

293. Cope M., Delpy D.T. System for long-term measurement of celebral blood and tissue oxygenation on newborn infants by near infrared transillumination // Med. Biol. Eng. Comput. 1988. - Vol. 26. - P. 289-294.

294. Trorniley M., Livera L., Wickramasinghe Y, Spenccer S.A., Rolfe P. The noninvasive monitoring of celebral tissue oxigenation //Adv. Exp. Med. Biol. -1990. Vol. 277. - P. 323-328.

295. Sevick E.M., Chance В., Leigh J., Nioka S., Maris M. Quantitation of time-and frequency-resolved optical spectra for the determination of tissue oxygenation //Analytical Biochemistry. 1991. - Vol. 195. - P. 330-351.

296. Liu H., Chance В., Heilscher A.H., Jacques S.L., and Tittel F.K. Influence of blood vessels on the measurement of hemoglobin oxygenation as determined by time-resolved reflectance spectroscopy // Med. Phys. 1995. - Vol. 22.-P. 1209-1217.

297. Liu, H., Beauvoit В., Kimura M., Chance B. Dependence of tissue optical properties on solute-induced changes in refractive index and osmolarity // J. Biomed. Opt. 1996. - Vol. 1. - P. 200-211.

298. Stratonnikov A.A., Loschenov V.B. Evaluation of blood oxygen saturation in vivo from diffuse reflectance spectra // J. Biomed. Opt. 2001. - Vol. 6. - 4. - P. 457-467.

299. Delby D.T., Cope M, van der Zee P., Arridge S. et al. Estimation of optical pathlength through tissue from direct time of flight measurement // Phys. Med Biol. 1988. - Vol 33. - P. 1433-1442.

300. Ferrari M.p Wei Q., De Blasi R.A., Quaresima V., Zaccanti G. Variability of human brain and muscle optical pathlength in different experimental conditions // Proc. SPIE. 1993. - Vol. 1888. - P. 466-472.

301. Roggan A., Friebel M., Dorschel K., Hahn A., Muller G. Optical properties of circulating human blood in the wavelength range 400-2500 nm // J. Biomed. Opt. 1999. - Vol. 4. - 1. - - P. 36-46.

302. Kollias N. Gillies R., Muccini J.A., Phillips S.B., Drake L.A. Oxygemoglobin is a quantifiable measure of experimentally induced chronic tretinoin inflammation and accommodation in photodamaged skin // Skin Pharmacol. 1997. -Vol. 10.-P. 97-104.

303. Chance В., Oschino N., Sugano Т., Mayevsky A. Basic principles of tissue oxigen determination from mitochondrial signals // Adv. Exp. Biol. 1973. -Vol. 37A. - P. 277-287.

304. Bashkatov A.N., Genina E.A., Kochubey V.I., Tuchin V.V., Sinichkin Yu.P. The influence of osmotically active chemical agents on the transport of light in the scleral tissue // Proc. SPIE. 1998. - Vol. 3726. - P. 403-409.

305. Bashkatov A.N., Tuchin V.V., Sinichkin Yu.P., Kochubey V.I., Genina E.A. Human sclera dynamic spectra: in vitro and in vivo measurements // Proc. SPIE. 1999. - Vol. 3591A. - P. 311-319.

306. Bashkatov A.N., Genina E.A., Sinichkin Yu.P., Lakodina N.A., Kochubey V.I., Tuchin V.V. Estimation of glucose diffusion coefficient in scleral tissue // Proc. SPIE. 2000. - Vol. 4001. - P. 345-355.

307. Bashkatov A.N., Genina E.A., Korovina I.V., Kochubey V.I., Sinichkin Yu.P., Tuchin V.V. In vivo and in vitro study of control of rat skin optical properties by acting of osmotical liquid // Proc. SPIE. 2000. - Vol. 4224. - P. 300-311.

308. Тучин В.В., Башкатов A.H., Генина Э.А., Синичкин Ю.П., Лакодина Н.А. In vivo исследование динамики иммерсионного просветления кожи // Письма в ЖТФ. 2001. - Т. 27. -12. - С. 10-14.

309. Bashkatov A.N., Genina E.A., Korovina I.V., Sinichkin Yu.P., Novikova

310. V., Tuchin V.V. In vivo and in vitro study of control of rat skin optical properties by action of 40%-glucose solution II Proc. SPIE. 2001. - Vol. 4241. - P. 223-230.

311. Genina E.A., Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Lakodina N.A., Korovina

312. V., Simonenko G.V., Tuchin V.V. In vivo and in vitro study of immersion clearing dynamics of the skin // Proc. SPIE. 2001. - Vol. 4432. - P. 97-102.

313. Genina E.A., Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Kochubey V.I., Lakodina N.A., Altshuler G.B., Tuchin V.V. In vitro and in vivo study of dye diffusion into the human skin and hair follicles // Journal of Biomedical Optics. 2002. - Vol. 7.-3,-P. 471-477.

314. Bashkatov A.N., Genina E.A., Sinichkin Yu.P., Tuchin V.V. The influence of glycerol on the transport of light in the skin // Proc. SPIE. 2002. - Vol. 4623.-P. 144-152.

315. Genina E.A., Bashkatov A.N., Korovina I.V., Sinichkin Yu.P., Tuchin V.V. Control of skin optical properties: in vivo and in vitro study // Asian Journal of Physics. 2003. - Vol. 13. - 4. - P. 00-00.

316. Башкатов A.H., Генина Э.А., Синичкин Ю.П., Кочубей В.И., Лакодина Н.А., Тучин В.В. Оптический мониторинг диффузии глюкозы в склере глаза человека // Биофизика. 2003. - Т. 48. - 2. - С. 309-313.

317. Cilesiz I.F., Welch A.J. Light dosimetry: effects of dehydration and thermal damdge on the optical properties of the human aorta // Appl. Opt. 1993. Vol. 32. - P. 477-487.

318. Chan E.K., Sorg В., Protsenko D., O'Neil M., Motamedi M., Welch A.J. Effects of compression on soft tissue optical properties // IEEE J. Select. Tops Quant. Electr. 1996. - Vol. 2. P. 943-950.

319. Chan E., Menovsky Т., Welch A.J. Effects of cryogenic granding on soft-tissue optical properties //Appl. Opt. 1996. - Vol. 35. - P. 4526-4532.

320. Vargas G., Chan K., Barton J.K., Rylander III H.G., Welch A.J. Use of an agent to reduce scattering in skin // Laser Surg. Med. 1999. - Vol. 24. - P. 133-141.

321. Vargas G., Chan K.F., Thomsen S.L., Welch A.J. Use of osmotically active agents to alter optical properties of tissue: effects on the detected fluorescence signal measured through skin // Laser Surg. Med. 2001. - Vol. 29. - P. 213-220.

322. Zuluaga A.F., Drezek R., Collier Т., Lotan R., Follen M., Richards-Kortum R. Contrast agents for confocal microscopy: how simple chemicals affect confocal images of normal and cancer cells in suspension // J. Biomed. Opt. -2002. Vol. 7. - P. 398-403.

323. Yao L., Cheng H., Luo Q., Zhang W., Zeng S., Tuchin V.V. Control of rabbit dura mater optical properties with osmotical liquids // Proc. SPIE. 2002. -Vol. 4536.-P. 147-152.

324. Wang R.K., Elder J.B. Propylene glycol as a contrasting agent for optical coherence tomography to image gastrointestinal tissues // Laser Surg. Med. -2002.-Vol. 30.-P. 201-208.

325. Chance В., Liu H., Kitai Т., Zhang Y. Effects of solutes on optical properties of biological materials: models, cells, and tissues // Anal. Biochem. -1995. Vol. 227.-P. 351-362.

326. Bruulsema J.T., Hayward J.E., Farrell T.J., Patterson M.S. et al. Correlation between blood glucose concentration in diabetics and noninvasively measured tissue optical scattering coefficient // Opt. Lett. 1997. - Vol. 22. -3.-P. 190-192.

327. Tuchin V.V. Coherent optical techniques for the analysis of tissue structure and dynamics //J. Biomed. Opt. 1999. - Vol. 4. - 1. - P. 106-124.

328. Wang R.K. Modelling optical properties of soft tissue by fractal distribution of scatters // J. Mod. Opt. 2000. - Vol. 47. - P. 103-120.

329. Tuchin V.V., Maksimova. I.L., Zimnyakov D.A., Коп I. L., Mavlutov A.H., Mishin A.A. Light propagation in tissues with controlled optical properties // J. Biomed. Opt. 1997. - Vol. 2. - P. 401-417.

330. Graaff R., Aarnoudse J.D., Zijp J.R. et al. Reduced light scatteribg properties for mixtures of spherical particles: a simple approximation derived fom Mie calculations//Appl. Opt. 1992. - Vol. 31. - P. 1370-1376.

331. Blank I.H., Moloney J., Emslie A.G., Simon I., Apt C. The diffusion of water across the stratum corneum as a function of its water content // J. Invest. Dermatol. 1984. - Vol. 82. - P. 188-194.

332. Utz S.R., Sinichkin Yu.P., Pilipenko H.A. Laser-indused fluorescence of human skin in vivo: influence of erythema // Proc. SPIE. 1993. - Vol. 2081. -P. 41-47.

333. Синичкин Ю.П., Утц C.P., Пилипенко E.A. In vivo лазерная флуоресцентная спектроскопия кожи человека: влияние эритемы // Оптика и спектроскопия. -1994. Т.76. - 5. - С.864-868.

334. Sinichkin Yu.P., Utz S.R., Pilipenko H.A., Yudin P.M. Investigation of formation and dynamics of human skin erythema and pigmentation by in vivo fluorescence spectroscopy // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2324. - P. 259-268.

335. Meglinsky I.V., Sinichkin Yu.P., Utz S.R., Pilipenko H.A. Simulation of fluorescence measurements in the human skin // Proc.SPIE. 1995. - Vol. 2389. -P. 621-631.

336. Синичкин Ю.П., Утц С.P., Меглинский И.В., Пилипенко Е.А. Спектроскопия кожи человека in vivo: 2. Спектры флуоресценции // Оптика и спектроскопия. 1996. - Т. 80. - 3. - С. 431-438.

337. Konig К., Liu Ya., Sonek G. J., Berns M. W., Stromberg B.J. Autofluorescence spectroscopy of optically trapped cells // Photochem. Photobiol. 1995. - Vol. 62. - P. 830-835.

338. Schneckenburger H., Gschwend M., Paul R.-J., Stepp H. et al. Time-gate spectroscopy of intrinsic fluorophores in cells and tisues // Proc. SPIE. 1995. -Vol.2324.-P. 187-195.

339. Утц С.P., Синичкин Ю.П. Оценка степени эритемы и пигментации кожи методом лазерной флюоресцентной спектроскопии // Вестник дерматологии и венерологии. 1996. - 3. - С. 5-9.

340. Utz S.R., Sinichkin Yu.P., Knushke P. Optical and imaging techniques for in vivo sunscreens investigation // Proc.SPIE. 1996. - Vol. 2628. - P. 324334.

341. Utz S.R., Knuschke P., Sinichkin Yu.P. In vivo evaluation of sunscreens by spectroscopic methods // Skin Res. Technol. 1996. - Vol. 2. - 3. - P.114-121.

342. Утц С.P., Кнушке П., Синичкин Ю.П. Оценка фотозащитных препаратов с помощью in vivo флюоресцентной спектроскопии // Вестник дерматологии и венерологии. 1996. - 2. - С. 15-21.

343. Антонова Т.Н., Мальцева Н.М., Шумарина Н.В., Мигукина Н.В. Изучение фотозащитных свойств нового косметического крема «Квант» // Вестн. Дерматол. 1986. - 12. - С. 20-22.

344. Imokawa G., Tejima Т., Kirii N., Kawai M. Efficacy of 4-methoxydibenzoylmethane-2-carboxylic acid as a new broad-spectrum sunscreen // J. Soc. Cosmet. Chem. 1990. - Vol. 41. -1. - P. 67-84.

345. Deleu H., Maes A., Roelandts R. The relative importance of the components used for ultraviolet A protection in broad spectrum sunscreens // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1992. - Vol. 9. - Pp. 29-32.

346. Urbach F. Ultraviolet A transmission by modern sunscreens: is there a real risk? // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1992. - Vol. 9. - P. 237241.

347. Stern R.S. Sunscreens for cancer prevention // Arch. Dermatol. 1995. -Vol. 31.-P. 220-221.

348. Cripps D.J. Solar damage to the skin // Current concepts. Ujohn,1990.

349. Differ C.H. Population exposure to solar UVA radiation // Europ. J. Dermatol. 1996. - Vol. 6. - 3. - P. 221-222.

350. Gilchrest B.A. Update on photobiology and photoprotective research // J. Geriat. Dermatol. 1995. - Suppl. A. - P. 3-6.

351. Morrison W.L., Kochevar I.E. Photoallergy // Photoimmunology / Ed. JAParrish. New York: Plenum Press, 1983. - P. 273-289.

352. Lammintausta K., Maibach H.I. Exogenous and endogenous factors in skin irradiation // Int. J. Dermatol. 1988. - Vol. 27.-4. - P. 213-222.

353. Lim H.W., Buchness M.R., Ashinoff R., Soter N.A. Chronic actinic dermatitis//Arch Dermatol. 1990. - Vol. 126. - P. 317-323.

354. Gould J.W., Mercurio M.G., Elmets G.A. Cutaneous photosensitivity diseases induced by exogenous agents // J. Am. Acad. Dermatol. 1995. - Vol. 33.-4.-P. 551-573.

355. Forbes P.D. Influence of UVA in experimental photocarcinogenesis // Eu-rop. J. Dermatol. 1996. - Vol. 6. - 3. - P. 223-224.

356. Differ B.L., Farr P.M. Tanning with UVB or UVA: an appraisal of risks // Photochem. Photobiol. -1991. Vol. 8. - P. 219-223.

357. Anders A., Aufmuth O., Bottger E.-M., Tronnier H. Investigation of the erythema effectiveness curve with tunable lasers // Dermat. Beruf. Umwelt. -1984.-Bd. 32. -5. -P. 166-170.

358. Paul B.S., Parrish J.A. The interaction of UVA and UVB in the production of threshold erythema //J. Invest. Dermatol. 1982. - Vol. 78. - P. 371-374.

359. Lavker R.M., Gerberick G.F., Veres D et al. Cumulative effects from repeated exposure to suberythemal doses of UVB and UVA in human skin // J. Am. Acad. Dermatol. 1995. - Vol. 32. - P. 53-62.

360. Leyden J.J., Lavker R.M., Kaidbey K. UVA a more important factor in chronic photodamage than previously recognized // J. Reriat. Dermatol. -1995. - Suppl. A. - P. 29-32.

361. Sober A.J. Solar exposure in the etiology of cutaneous melanoma // Pho-todermatology. -1987. Vol. 4. - P. 23-31.

362. Berg M. Epidemiological studies of the influence of sunlight on the skin // Photodermatology. 1989. - Vol. 6. - P. 80-84.

363. Van Weelden H., van der Putte S.C.J., Toonsta J., van der Leun J.C. UVA-induced tumours in pigmented hairless mice and the carcinogenic risks of tanning with UVA//Arch. Dermatol. Res. 1990. - Vol. 282. - 5. - P. 289-294.

364. Шумай Н.И. Эпидемиология опухолей кожи // Вестн. Дерматол. 1993. -2.-С. 26-31.

365. Setlow R.B., Grist Е.( Thompson К., Woodhead A.D. Wavelengths effective in induction of malignant melanoma // Proc. Nath. Acad. Sci. USA. 1993. - Vol. 90. - P. 6666-6670.

366. Long C.C., Marks R. Increased risk of skin cancer: another Celtic myth? // J. Am. Acad. Dermatol. -1995. Vol. 33. - 4. - P. 658-661.

367. Vermeer B.J., Wintzen M., Claas F.H.J, et al. UV-induced immunosuppression: the critical role of wavelength // Europ. J. Dermatol. 1996. - Vol. 6. -3.-P. 231-233.

368. Thomas M.J., Brown M.G., Lovell G.A. UV radiation measurements in a study of eldery subjects // Photodermatology. 1987. - Vol. 4. - P. 141-143.

369. Corcuff P., Leveque J.L. Corneocyte changes after acute UV radiation and chronic solar exposure // Photodermatol. 1988. - Vol. 5. - P. 110-115.

370. Van Praag M.C.G., Boom B.W., Vermeer B.J. Diagnosis and treatment of polimorphous light eruption // Int. J. Dermatol. 1994. - Vol. 33. - 4. - P. 233239.

371. Douglas W.S., Railton R., Newman P.N. Sunscreens and PUVA // Photo-dermatology. 1985. - Vol. 2. - P. 247-251.

372. Lowe N.J., Dromgool S.H., Sefton J. et al. Indoor and outdoor efficacy testing of a broad-spectrum sunscreen against ultraviolet A radiation in pso-ralen-sensitized subjects // J. Am. Acad. Dermatol. 1987. - Vol. 17. - P. 224230.

373. Farber E.M. Therapeutic perspectives in psoriasis // Int. J. Dermatol. -1995. Vol. 34. - 7. - P. 456-460.

374. Lui H., Anderson R.R. Photodynamic therapy in dermatology: recent developments // Dermatol. Therapy. 1993. - Vol. 11. -1. - P. 1 -13.

375. Pujol J.A., Lecha M. Photoprotection in the infrared radiation range // Photochem. Photoimmunol. Photomed. 1992/1993. - Vol. 9. - P. 275-278.

376. Sayre R.M., Agin P.P. A method for determination of UVA protection for normal skin // J. Am. Acad. Dermatol. 1990. - Vol. 23. - P. 429-440.

377. Stiller M.J., Davis I.C., Shupack J.L. A concise guide to topical sunscreens: state of the art // Int. J. Dermatol. 1992. - Vol. 31.-8.- P. 540-542.

378. Pathak M. A, Fitzpatric Т. В., Parrish J. A. Topical and systematic'approaches to protection of human skin against harmful effects of solar radiation

379. The Science of Photomedicine / Eds. J.D. Regan, J.A. Parish New York: Plenum Press, 1982.

380. Sauerman G., Herpens A., Drewes D. et al. Fluorescence-free UV/VIS reflection spectra of human skin // J. Soc. Cosmet. Chem. 1993. - Vol. 44. - P. 35-52.

381. Everett M.A., Yeagers E., Sayer R.M. Penetration of epidermis by ultraviolet rays // Photochem. Photobiol. 1966. - Vol. 5. - P. 533-542.

382. Diffey B.L., Robson J. A new substrate to measure sunscreen protection factors throughout the ultraviolet spectrum // J. Soc. Cosmet. Chem. 1989. -Vol. 40.-P. 127-133.

383. Queille-Roussel C., Diteil L., Czernielewski J., Schaefer H. Colorimetric evaluation of the skin blanching assay // Noninvasive methods for the quantification of skin function / Eds. P.J. Frosch, A.M. Berlin: Springer-Verlag, 1993.-P. 92-103.

384. Tur E. Skin pharmacology // Bioengineering of the Skin: Cutaneous Blood Flow and Erythema / Eds. E. Berardesca, P. Eisner, H.I. Maibach New Work: CRC Press, 1995. - P. 259-268.

385. Sennbenn В., Giese K., Plamann K., Harendt N., Kolmel K. In vivo evaluation of the penetration of topically applied drugs into human skin by spectroscopic methods // Skin Farmacol. 1993. - Vol. 6. - P. 152-160.

386. Tokura Y., Yagi, Ihda H., Takigava M. Evaluation of ultraviolet-A protection by sunscreen agents using a mouse model of contact photoallergy // J. Dermatol. Sci. 1994. - Vol. 7. - P. 39-44.

387. Mamada K., Yamaguchi A., Fukuro S. Protective effect of dl-a-tocopherol on the cytotoxity of ultraviolet В against human skin fibroblast in vitro // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1990. - Vol. 7. - P. 173-177.

388. Elmets C.A., Vargas A., Oresajo C. Photoprotective effects of sunscreens in cosmetics on sunburn and Langerhans cell photodamage // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1992. - Vol. 9. - P. 113-120.

389. Nelson D., Gay R.J. Effects of UV radiation on a living skin equivalent // Photochem. Photobiol. 1993. - Vol. 57. P. 830-837.

390. Hoppe U., Sauermann G. Moderne kosmetische wirkstoffe und der nach-weis ihrer function// Hautkr. 1990. - Vol. 65. - P. 123-131.

391. Marks R., Black D., Hamami I., Caunt A., Marshall R.J. A simplified method for measurement of disquamation using dansyl chlorid fluorescence // Br. J. Dermatol. 1984. - Vol. 111. - P. 265-270.

392. Paye M., Simion F.A., Pierard G.E. Dansyl chloride labeling of stratum corneum: its rapid extraction from skin can predict skin irritation due to surfactants and cleansing products // Contact Dermatitis. 1994. - Vol. 30. - P. 91-96.

393. Pierard G.E. Microscopic evaluation of the dansyl chloride test // Dermatology. 1992. - Vol. 185. - P. 37-40.

394. Ridge B.D., Batt M.D., Palmer H.E., Jarrett A. The dansyl chloride technique for stratum corneum renewal as an indicator of changes in epidermal mitotic activity following topical treatment // Br. J. Dermatol. 1988. Vol. 118.-P. 167-174.

395. Sauerman G., Hoppe U. A rapid non-invasive method to evaluate the light protective potential of sunscreens // J. Soc. Cosmet. Chem. 1985. - Vol. 36. -P. 125-141.

396. Утц С.P., Барт Й., Кнушке П. Флуоресцентная спектроскопия кожи // Вестник дерматологии и венерологии. 1995. - 1. - С. 8-12.

397. Fitzpatrick Т.В. The validity and practicality of sunreactivity skin types I through VI // Arch Dermatol. 1988. - Vol. 124. - P. 869-871.

398. Kelfkens G., van Helden A.C., van der Leun J.C. Skin temperature changes induced by ultraviolet A exposure: implications for the mechanism of erythemogenesis // Photodermatol. Photoimmunol. Photomed. 1990. - Vol. 7.-P. 178-182.

399. Walsh D.A., Terenghi G., Polak J.M. Neural and regulatory factors of the skin // J. Europ. Acad. Dermatol. Venerol. -1994. Vol. 3. - P. 116-139.

400. Liu C.H., Tang G.C., Pradhan A., Sha W.L., Alfano R.R. Effects of self-absorbtion by hemoglobins on the fluorescence spectra from normal and cancerous tissues // Laser Life Sci. 1990. - Vol. 3. - P. 167-176.

401. Ahmed S.A., Zang Z.W., Yoo K.M., Alfano R.R. Effect of multiple light scattering and self-absorption on the fluorescence and excitation spectra of dyes in random media // Appl. Opt. 1994. - Vol. 33. - P. 2746-2750.

402. Zhadin N.N., Alfano R.R. Correction of the internal absorption effect in fluorescence emission and excitation spectra from absorbing and highly scattering media: theory and experiment// J. Biomed. Opt. 1998. - Vol. 3. - P. 171186.

403. Jobsis F.F., O'Connor M., Vitale A., Vreman H. Intracellular redox changes in functioning celebral cortex. I. Metabolic effects of epileptiform activity // J. Neurophysiol. 1971. - Vol. 34. - P. 735-749.

404. Kobayashi S., Nishiki K., Kaede K., Ogata E. Optical consequences of blood substitution on tissue oxidation-reduction state fluorometry // J. Appl. Physiol. 1971. - Vol. 31. - 1. - P. 93-96.

405. Mayevsky A., Chance B. Repetitive patterns of metabolic changes during cortical spreading depression of the awake rat// Brain Res. 1974. - Vol. 65. - P. 529-533.

406. Mayevsky A., Chance B. Intracellular oxidation-reduction state measured in situ by a multichannel fiber-optic surface fluorometer // Science. 1982. -Vol 217.-P. 537-540.

407. Mayevsky A., Nioka S., Chance B. Fiber optic surface fluorometry/reflectometry and 31-P-NMR for monitoring the intracellular energy state in vivo //Adv. Exp. Med. Biol. 1987. - Vol. 222. - P. 365-374.

408. Harbig K., Chance В., Kovach A.G.B., and Reivich M. In vivo measurement of pyridine nucleotide fluorescence from cat brain cortex // J. Appl. Physiol. 1976. - Vol. 41. - P. 480-488.

409. Ji S., Chance В., Stuart B.H., Nathan R. Two dimensional analysis of the redox state of the rat celebral cortex in vivo by NADH fluorescence photography // Brain Res. 1977. - Vol. 119. - P. 357-373.

410. Ji S., Chance В., Nishiki K., Smith Т., Rich T. Micro-light guides: a new method for measuring tissue fluorescence and reflectance // Am. J. Physiol. -1979.-Vol. 236.-3.-P. 144-156.

411. Dora E.f Gyulai L., Kovach A.G.B., Determination of brain activation -induced cortical NAD/NADH responses in vivo // Brain Res. 1984. - Vol. 299.-P. 61-72.

412. Pravdin A.B., Sinichkin Yu.P., Tuchin V.V., Utz S.R. Laser fluorescence spectroscopy of some linear furocoumarins in human epidermis // Proc SPIE. 1993. - Vol. 1922. - P. 2300-2304.

413. Utz S.R., Sinichkin Yu.P., Tuchin V.V. Laser fluorescence spectroscopy of furocoumarins in human epidermis // Proc. SPIE. 1993. - Vol. 1876B. - P. 136-140.

414. Утц С.P., Кнушке П., Синичкин Ю.П. Применение неинвазивных методов диагностики в экспериментальной дерматологии // Вестн. Дерматол. -1997.- 1.-С. 13-16.

415. Anders А., Рорре W., Herkt-Maetzky С., Niemann E.-G., Hofer Е. Investigations on the mechanism of photodynamic action of different psoralens with DNA // Biophysics Structure Mechanism. 1983. - 10. - P. 11-30.

416. Noda Т., Kawada A., Hiruma M. et al. The relationship among minimal erythema dose, minimal tanning dose, and skin color // J. Dermatol. 1993. -Vol. 20. - P. 540-544.

417. Jemec G.B.E. Quality assurance in clinical dermatology a need for tools // Skin Res. Technol. - 1996. - Vol. 2. - 2. - P. 57-58.

418. Utz S.R., Knuschke P., Mavlyutov A.H., Pilipenko H.A., Sinichkin Yu.P. In vivo human skin autofluorescence: Color perception // Proc.SPIE. 1996. -Vol. 2927.-P. 217-221.

419. Kollias N. The physical basis of skin color and its evaluation // Clin. Dermatol. 1995. -Vol. 13. - P. 361-367.

420. Edwards E.A., Duntley S.Q. The pigments and color of human living skin / Am. J. Anat. 1939. - Vol. 65. - P. 1-33.

421. Eisner P. Chromametry: hadware, measuring principles, and standardization of measurements // Bioengineering of the Skin: Cutaneous Blood Flow and Erythema / Eds. E. Berardesca, P. Eisner, H.I. Maibach New Work: CRC Press, 1995. - P. 247-252.

422. Land E.H. The retinex theory of color vision // Sci. Am. 1977. - Vol. 237. -P. 108-128.

423. Land E.H. Recent advances in retinex theory // Vision Res. 1986. - Vol. 26.-P. 7-21.

424. Land E.H. An alternative technique for the computation of the designator in the retinex theory of the color vision // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1986. -Vol. 83. - P. 3078-3080.

425. Василевская Jl.H. Кольпоскопия. M.: Медицина, 1986.

426. Гуревич M.M. Цвет и его измерение. М.: Изд-во академии наук СССР, 1950.

427. Мешков В.В., Матвеев А.Б. Основы светотехники: Учеб. Пособие для вузов: В 2-х ч. Ч. 2. Физиологическая оптика и колориметрия. М.: Энер-гоатомиздат, 1989.

428. Новаковский С.В. Цвет в цветном телевидении. М.: Радио и связь, 1988.

429. Шашлов Б.А. Цвет и цветовоспроизведение. М.: Книга, 1986.

430. Speight E.L., Essex T.J.H., Far P.M. The study of plaques of psoriasis using a scanning laser-Doppler velocimeter// Br. J. Dermatol. 1993. - Vol. 128. - P. 519-524.

431. Westerhof W., Estevez-Uscanga O., Meens J. et al. The relation between constitutional skin colour and photosensitivity estimated from UV-inducederythema and pigmentation dose-response curves // J. Invest Dermatol. -1990.-Vol. 94.-P. 812-816.

432. Bech-Thomsen N., Wulf H.C. Skin reflectance-guided UVB phototherapy of psoriasis reduces the cumulative UV dose significanty // J. Dermatol. Treatment. 1995. - Vol. 6. - P. 207-210.

433. Snellman E.f Jansen C.T., Leszczynski K. et al. Ultraviolet erythema sensitivity in anamnestic (l-IV) and phototested (1-4) caucasian skin phototypes: the need for a new classification system // Photochem. Photobiol. 1995. -Vol. 62. - 4. - P. 769-772.

434. Bech-Thomsen N. Angelo H.R., Wulf H.C. Skin pigmentation as a predictor of minimal phototoxic dose after oral methoxalen // Arch Dermatol. 1994. -Vol. 130.-4.-P. 464-468.

435. Sakuntabhai A., Matthews J.N.S., Farr P.M. Improved prediction of the minimal phototoxic dose in PUVA therapy // Brit. J. Dermatol. 1995. - Vol. 130.-P. 604-609.

436. Wulf H.C., Lock-Andersen J. Standart erythema dose // Skin Res. Technol. 1996.-Vol. 2.-2.-P. 192-197.

437. Bashkatov A.N., Sinichkin Yu.P., Genina E.A., Tuchin V.V., Altshuler G.B. RGB video microscopic system for in vifro monitoring of optical properties of hair shaft and follicle // Proc. SPIE. 2001. - Vol. 4244. - P. 161-167.

438. Stoecker W.V. Computer application in dermatology. New York: Igaku-Shoin, 1993.

439. Dhawan A.P. An expert system for the early detection of melanoma using knowledge-based image analysis // Anal. Quant. Cytol. Histol. 1988. - Vol. 10.- P. 405-416.

440. Perednia D.A., White R.G., Schowengerdt R.A. Localization of lesions in digital images of skin // Сотр. Biomed. Res. 1989. - Vol. 22. - P. 374-392.

441. Umbaugh S.E., Moss R.H. Applying artificial intelligence to the identification of variegated coloring in skin tumors // IEEE Eng. Med. Biol. -1991. Vol. 10.-P. 57-62.

442. White R., Rigel D.S., Friedman R.J. Computer applications in the diagnosis and prognosis of malignant melanoma // Dermatol. Clin. 1991. - Vol. 9. - P. 695-702.

443. Umbaugh S.E., Moss R.H. An automatic color segmentation algoithm with application to identification of skin tumor bolders // Comput. Med. Imaging Graph. 1992. - Vol. 16. - P. 227-235.

444. Green A., Martin N. McKenzie G. et al. Computer image analysis of pigmented skin lesions//Melanoma Res. 1992. - Vol. 1. - P. 231-236.

445. Golston J.E., Stoeker W.V., Moss R.H. et al. Automatic detection of irregular borders in melanoma and other skin tumars // Comput. Med. Imaging Graph. 1992. - Vol. 16. - P. 199-203.

446. Green H.A., Bua D., Anderson R.R., Nishioka N.S. Burn depth estimation using indocyanine green fluorescence //Arch. Dermatol. 1992. - Vol. 128. -P. 43-49.

447. Stoecker W.V., Li W.W., Moss R.H. Automatic detection of asymmetry in skin tumors//Comput. Med. Imaging Graph. 1992. - Vol. 16. - P. 191-197.

448. Fitzpatrick T.B., Kenet R.O. Evolution of diagnostic accuracprimary у of cutaneous malignant melanoma. I. Clinical criteria // Melanoma Res. 1993. -Vol. 3.-P. 4-11.

449. Kenet R.O., Kang S., Kenet B.J. et al. Clinical diagnosis of pigmented lesions using digital epiluminescence microscopy: grading protocol and atlas // Arch. Dermatol. -1993. Vol. 129. - P. 157-174.

450. Green A., Martin N. Pfitzner J., O'Rourke M., Knight N. Computer image analysis in the diagnosis of melanoma // J. Am. Acad. Dermatol. 1994. - Vol. 31. - P. 958-964.

451. Miyamoto H., Takiwaki H., Yamano M., Ahsan K, Nakanishi H. Color analysis of nevus of Ota for evaluation of treatment with a Q-switched alexandrite laser// Skin Res. Technol. 1997. - Vol. 3. - P. 45-48.

452. Okada N., Nakatani S., Ozawa K. et al. Video microscopic study of psoriasis // J. Am. Acad. Dermatol. -1991. Vol. 25. - P. 1077-1078.

453. Ramsay В., Lawrence C.M. Measurement of involved area in patients with psoriasis // Br. J. Dermatol. -1991. Vol. 124. - P. 565-570.

454. Marks R., Barton S.P., Shuttleworth D., Finlay A.Y. Assessment of disease progress in psoriasis//Arch. Dermatol. 1989. - Vol. 125. - P. 235-240.

455. Takiwaki H., Miyamoto H., Ahsan K. A simple method to estimate CIE-L*a*b* values of the skin from its videomicroscopic image // Skin Res. Tech-nol.- 1997. -Vol. 3.-P. 42-44.

456. Warren D.W, Hackwell J.A. Compact prism spectrograph suitable for broadband infrared spectral surveys with array detectors // Proc. SPIE. -1989.-Vol. 1055.-P. 314-321.

457. Wheeland R.G. Laser-assisted hair removal // Lasers in Dermatology. -1997.-Vol. 15.-P. 469-477.

458. Lin T.-Y.D., Diericks C.C., Campos V.B. et al. Reduction of regrowing hair shaft size and pigmentation after ruby and diode laser treatment // Arch. Dermatol. Res. 2000. - Vol. 136. - P. 189-198.

459. Nicholls E.M. Microspectrophotometry in the study of red hair // Ann. Hum. Genet. Lond. 1968. - Vol. 32. - P. 15-26.

460. Wang X.J., Milner N.E., Dhond R.P. et al. Characterization of human scapl hairs by optical low-coherence reflectometry // Opt. Lett. 1995. - Vol. 20. -P. 524-526.

461. Joshi N.V., Goyo-Rivas J. Optical and morphological investigation of hair of patients of Chediak Higashi syndrome // Proc. SPIE. 1998. - Vol. 3251. -P. 229-234.

462. Menon I.A., Persad S., Haberman H.F., Kurian C.J. A comparative study of the physical and chemical properties of melanins isolated from human black and red hair//J. Invest. Dermatol. 1983. - Vol. 80. - P. 202-206.

463. Zimnyakov D.A., Sinichkin Yu.P. A study of polarization decay as applied to improved imaging in scattering media // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2000. -Vol. 2. - P. 200-208.

464. Ю.Н.Тюхтяев, С.И.Виницкий, В.Л.Дербов, О.Ю.Шевченко, И.П.Юдин. -Дубна: ОИЯИ, 1999. С. 195-203.

465. Зимняков Д.А., Синичкин Ю.П. Поляризационная визуализация рассеивающих сред с помощью непрерывного лазерного излучения. // Оптика и спектроскопия. 2000. - Т. 88. - 6. - С. 1015-1022.

466. Freund I., Kaveh М., Berkovits R., RosenbJuh M. Universal polarization correlations and microstatistics of optical waves in random media // Phys. Rev. В. -1991.-Vol. 42.-2613-2616.

467. Tarhan I., Watson G.H. Polarization microstatistics of laser speckle // Phys. Rev. A. 1992. - Vol. 45. - P. 6013-6018.

468. Akkermans E., Wolf P.-E., Maynard R., Maret G. Theoretical study of the coherent backscattering of light by disordered media // J. Phys. France. -1988.-Vol. 49.-77-98.

469. Kaplan P.D., Kao M.H., Yodh A.G., Pine D.J. Geometric constraints for the design of diffusing-wave spectroscopy experiments //Applied Optics. 1993. -Vol. 32. - P. 3828-3836.

470. Pine D.J., Weitz D.A., Chaikin P.M., Herbolzheimer E. Diffusing-light spectroscopy // Phys. Rev. Lett. 1988. - Vol. 60. - P. 1134-1137.

471. Зимняков Д.А., Тучин В.В. О взаимосвязи характерных масштабов деполяризации и декорреляции оптических полей при многократном рассеянии // Письма в ЖЭТФ. 1998. - Т.67. - 7. - 455-460.

472. Sinichkin Yu.P., Zimnyakov D.A., Giterman V.V. Direct polarization imaging of turbid tissues with CW laser source: potentialities and restrictions // Proc. SPIE. 1999. - Vol. 3598. - P. 258-268.

473. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами. М.: Мир, 1986.

474. Sankaran V., Walsh J.T., Maitland J.T. Polarized light propagation in biologic tissue and phantoms // Proc. SPIE. 2000. - Vol. 4001. - P. 54-62.

475. Arridge S.R., Cope M., Delpy D.T. the theoretical basis for the determination of optical pathlengths in tissue: temporal and frequency analysis // Phys. Med. Biol. 1992. - Vol. 37. - P. 1531-1560.

476. Зимняков Д.А., Синичкин Ю.П. О предельном значении степени остаточной поляризации некогерентно обратно рассеянного излучения при многократном рассеянии линейно поляризованного света // Оптика и спектроскопия. 2001. - Т. 91. -1. - С. 113-119.

477. Zakharov P.V., Zimnyakov D.A., Sinichkin Yu.P. Residual polarization of the backscattered coherent light: the role of effective path statistics // Proc. SPIE. 2001. - Vol. 4242. - P. 66-71.

478. Saulnier P.M., Zinkin M.P., Watson G.H. Scatterer correlation effects on photon transport in dense random media // Phys. Rev. B. 1990. - Vol. 42. -P. 2621-2626.

479. Zimnyakov D.A. On some manifestations of similarity in multiple scattering of coherent light // Waves in Random Media. 2000. - Vol. 10. - P. 417-434.

480. Schmitt J.M., Xiang S.H. Cross-polarized backscatter in optical coherence tomography of biological tissue // Opt. Lett. 1998. - Vol. 23. - P. 1060-1062.

481. Perelman L.T., Wu J., Itzkan I., Feld M.S. Photon migration in tubid media using path integrals // Phys. Rev. Lett. 1994. - Vol. 72. - P. 1341-1344.

482. Dogariu A., Kutsche C., Likamwa P., Boreman G., Moudgil B. Time-domain depolarization of waves retro reflected from dense colloidal media // Opt. Lett. 1997. - Vol. 22. - P. 585-587.

483. Lemieux P.-A., Vera M.U., Durian D.J. Diffusing-light spectroscopies be** yond the diffusion limit: The role of ballistic transport and anisotropic scattering // Phys. Rev. E. 1998. - Vol. 57. - P. 4498-4515.

484. Furutsu K., Yamada Y. Diffusion approximation for a dissipative random medium and the applications // Phys. Rev. E. 1994. - Vol. 50. - P. 36343640.

485. Bassani M., Martelli F., Zaccanti G., Contini D. Independence of the diffusion coefficient from absorption: experimental and numerical evidence // Opt. Lett. 1997. - Vol. 22. - P. 853-855.

486. Durduran Т., Yohd A.G., Chance В., Boas D.A. Does the photon-diffusion coefficient depend on absorption? // JOSA. A. 1997. - Vol. 14. - P. 33583365.

487. Тинеков Г.Г., Тинеков В.Г. Микроструктура молока и молочных продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1972.

488. Van Staveren H.J., Moes C.J.M., van Marie J., Prahl S.A., van Gemert M.J.C. Light scattering in lntralipid-10% in the wavelength range of 400-1100 nm // Appl. Opt. 1991. - Vol. 30. - 31. - P. 4507-4514.

489. Jarry G., Ghesquiere S., Maarek J.M., Debray S., Bui-Mong-Hung, Laurent D. Imaging mammalian tissues and organs using laser collimated transillumination // J. Biomed. Eng. 1984. - Vol. 6. - P. 70-74.

490. Jackson P.C., Stevens P.H., Smith J.H., Kear D., Key H., Wells P.N. T. The development of a system for transillumination computed tomography // Br. J. Radiol. 1987. - Vol. 60. - P. 375-380.

491. Tamura M., Nomura Y., Hazeki O. Laser tissue spectroscopy near infrared CT // Rev. Laser Eng. (Japan). - 1987. - Vol. 15. - P. 74-82.

492. Hebden J.C., Kruger R.A. Transillumination imaging performance: Spatial resolution simulation studies // Med. Phys. 1990. - Vol. 17. - P. 41-47.

493. Hebben J.C., Kruger R.A., Wong K.S. Time resolved imaging through a highly scattering medium //Appl. Opt. -1991. Vol. 30. - P. 788-794.

494. Sevick E.M., Lakowicz J.R., Szmacinski H., Nowaczyk K., Johnson M.L. Frequency domain imaging of absorbers obscured by scattering // J. Photochem. Photobiol. B. 1992. - Vol. 16. - P. 169-185.

495. Yoo K.M., Das B.B., Alfano R.R. Imaging of a translucent object hidden in a highly scattering medium from the early portion of the diffuse component of a transmitted ultrafast laser pulse // Opt. Letters. 1992. - Vol. 17. - 13. - P. 958-960.

496. Fishkin J.В., Gratton E. Propagation of photon-density waves in strongly scattering media containing an absorbing semi-infinite plane bounded by a straight edge//J. Opt. Soc. Am. A. 1993.-Vol. 10.-P. 127-140.

497. Sevick E.M., Frisoli J.К., Burch C.L., Lakowicz J.L. Localization of absorbers in scattering media by use of frequency-domain measurements of time-dependent photon migration //Appl. Opt. 1994. - Vol. 33. - P. 3562-3568.

498. Yodh A., Chance B. Spectroscopy and imaging with diffusing light // Physics Today. 1995. - Vol. 48. - P. 34-40.

499. O'Leary M.A., Boas D.A., Cgance В., Yodh A.G. Experimental images of heterogeneous turbid media by fraquency-domain diffusing-photon tomography // Opt. Lett. 1995. - Vol. 20. - P. 426-428.

500. Rinneberg H. Scattering of laser light in turbid media, optical tomography for medical diagnostics // The invers problem / Ed. H. Lubbig Berlin: Akademie Verlag, 1995. - P. 107-141.

501. Lakowicz J.R., Berndt K. Frequency-domain measurements of photon migration in tissues // Chem. Phys. Lett. 1990. - Vol. 166. - P. 246-252.

502. Boas D.A., Campbell L.E., Yodh A.G. Scattering and imaging with diffusing temporal field correlations // Phys Rev. Lett. 1995. - Vol. 75. - P. 1855-1858.

503. Boas D.A., Yodh A.G. Spatially varying dynamical properties of turbid media probed with diffusing temporal light correlations // JOSA. A. 1997. - Vol. 14.-P. 192-215.

504. Maret G., Wolf P.E. Multiple light scattering from disordered media. The effect of Brownian motion of scatterers // Z. Phys. B. 1987. - Vol. 65. - P. 409-413.

505. Ackerson B.J., Dougherty R.L., Reguigui N.M., Nobbman U. Correlation transfer: application of radiative transfer solution methods to photon correlation problems // J. Thermophys. and Heat Trans. 1992 - Vol. 6. -577-588.

506. Thompson C.A., Webb K.J., Weiner A.M. Imaging in scattering media by use of laser speckle // JOSA. A. 1997. - Vol. 14. - P. 2269-2277.

507. Huang D., Swanson E.A., Lin C.P. et al. Optical coherent tomography // Science. 1991. - Vol. 254. - P. 1178-1181.

508. Fercher A.F. Optical coherent tomography // J. Biomed. Opt. 1996. - Vol. 1.-P. 157-173.

509. Swanson E.A., Huang D., Нее M.R., Fujimoto J.G., Lin C.P., Puliafito C.A. High-speed optical coherence domain reflectometry // Opt. Lett. 1992. - Vol. 17.-P. 151-153.

510. Sergeev A.M., Gelikonov V.M., Gelikonov G.V., Feldchtein F.I., Kuranov R.V., Gladkova N.D. In vivo endoscopic oct imaging of precancer and cancer states of human mucosa // Opt. Express. 1997. - Vol. 1. - 13 - P. 432-440.

511. Wang L.-H., Zhao X.-M. Ultrasound-modulated optical tomography of absorbing objects buried in dense tissue-simulating turbid media // Appl.Opt.-1997. Vol. 36. - P. 7277-7282.

512. Wang L.V. Ultrasonic modulation of scattering light in turbid media and a potential novel tomography in biomedicine // Photochem. Photobiol, 1998. -Vol. 67. - P. 41-49.

513. Соловьев А.П., Синичкин Ю.П., Зюрюкина О.В. Акустооптическая визуализация рассеивающих сред // Оптика и спектроскопия. 2002. - Т. 92. -2.-С. 245-251.

514. Соловьев А.П., Перченко М.И., Синичкин Ю.П., Зюрюкина О.В. Особенности регистрации сигнала при акустооптической визуализации рассеивающих сред // ЖТФ. 2002. - Т. 72. - 8. - С. 64-70.

515. Masters B.R., Thaer А.А. Real time scanning slit confocal microscopy of the in vivo human cornea // Appl. Opt. 1994. - Vol. 33. - P. 695-701.

516. Selected papers on confocal microscopy / Ed. B.Masters. Bellingham: SPIE Press, 1996.-Vol. MS131.

517. Kimura Y., Wilder-Smith P., Kraseva T. et al. Visualization and quantification of dentin structure using confocal laser scanning microscopy // J. Biomed. Opt. 1997. - Vol. 2. - 3. - P. 267-274.

518. Confocal microscopy / Ed. T. Wilson San Diego, CA: Academic Press, 1990.

519. Webb R.H. Confocal optical microscopy // Rep. Prog. Phys. 1996. - Vol. 59.-P. 427-471.

520. Rajadhyaksa M., Anderson R.R., Webb R.H. Video-rate confocal scanning laser microscope for imaging human tissues in vivo //Appl. Opt. 1999. - Vol. 38. - P. 2105-2115.

521. Schaefer H., Redelmeier Т.Е. Skin barrier: principles of percutaneous absorption. Kayser, 1996.

522. Schnorrenberg H.J., Hassner R., Hengstebeck M., Schlinkmeier K., Zinth W. Polarization modulation can improve resolution in diaphanography // Proc. SPIE. 1994. - Vol. 2326. - P. 113-118.

523. Emile O., Bretenaker F., LeFloch A. Rotating polarization imaging in turbid media // Opt. Lett. 1996. - Vol. 21. - P.1706-1711.

524. Demos S.G., Alfano R.R. Temporal gating in highly scattering media by the degree of optical polarization//Optics Lett. 1996. - Vol. 21. - P. 161-163.

525. Schilders S.P., Gan X.S., Gu M. Resolution improvement in microscopic imaging through turbid media based on differential polarization imaging // Appl. Opt. 1998. - Vol. 37. - P.4300-4308.

526. Demos S.G., Wang W.B., Alfano R.R. Imaging objects hidden in scattering media with fluorescence polarization preservation of contrast agents // Appl. Opt. 1998. Vol. 37. P.792-797.

527. Tyo J.S. Enhancement of the point-spread function for imaging in scattering media by use of polarization-difference imaging // J. Opt. Soc. Amer. A. -2000.-Vol. 17.-P. 1-8.

528. Park B.H., Saxer C., Srinivas S.M., Nelson J.S., de Boer J.F. In vivo burn depth determination by high-speed fiber-based polarization sensitive optical coherence tomography// J. Biomed. Opt. 2001. - Vol. 6. - 4. - P. 474-479.

529. Bilden P.F., Phillips S.B., Kollias N. Muccini J.A., Drake L.A. Polarized light photography of acne vulgaris // J. Invest. Dermatol. 1992. - Vol. 98. - P. 606. (Abstract).

530. Phillips S. В., Muccini J. A., Bilden P. F. et al. Spectroscopic evaluation of the change in erythema accompanying treatment of psoriatic plaques with a topical steroid //J. Invest. Dermatol. 1993. - Vol. 100. - P. 543. (Abstract).

531. Muccini J.A., Kollias N., Phillips S.B., Anderson R.R. et al. Polarized light photography in the evaluation of photoaging // J. Am. Acad. Dermatol. 1995. - Vol 33. - P. 765-769.

532. Yodh A.G., Georgiades N. Pine D.J. Diffusing-wave interferometry // Opt. Commun. -1991. Vol. 83. - P. 56-59.

533. Wabnitz H., Willenbrock R., Neukammer J., Sukovski U., Rinneberg H. Spatial resolution in photon diffusion imaging from measurements of time-revolved transmittance // Proc. SPIE. 1993. - Vol. 1888. - P. 48-61.

534. Sinichkin Yu.P., Zimnyakov D.A., Giterman V.V. Polarization visualization of scattered media with backscattered light detection // Proc. SPIE. 2001. -Vol. 4242. - P. 252-257.

535. Sinichkin Yu.P., Zimnyakov D.A., Giterman V.V. Polarized light imaging of object hidden in scattering media: model experiments // Proc. SPIE. 2001. -Vol.4244.-P. 168-174.

536. Синичкин Ю.П., Зимняков Д.А., Агафонов Д.Н., Кузнецова Л.В. Визуализация рассеивающих сред при обратном рассеянии линейно поляризованного немонохроматического света И Оптика и спектроскопия. -2002.-Т. 93.-1.-С. 99-105.

537. Kiseleva I.A., Sinichkin Yu.P. Zimnyakov D.A. Polarization reflectance spectroscopy of in vivo hun\man skin in vivo // Proc. SPIE. 2002. - Vol. 4707. - P. 228-235.

538. Westerhof W., van Hasselt B.A.A.M., Kammeijer A. Quantification of UV-induced erythema with portable computer controlled chromameter // Photodermatol. 1986. -Vol. 3. - P. 310-314.

539. Marszalec E., Kopola H.f Myllyla R.A., Herrala E. New technologies for medical colour measurements // Proc. SPIE. 1992. - Vol. 1649. P. - 244-252.

540. Differ B.L., Oliver R.J., Chambers I.R. et al. A new type of erythemal radiometer for use in phototherapy // Photodermatol. 1987 - Vol. 4. - P. 214-220.4