Вышедшие номера
Home » Журнал технической физики » Год 2026, выпуск 11 » Статья стр. 2338
<<<>>>
Оптическая когерентная томография: измерение показателя преломления рассеивающих сред
Министерство образования и науки Российской Федерации, Государственное задание, FSRR-2026-0008
Фащевский А.П.1, Тучин В.В. 1,2,3
1Институт физики и научный медицинский центр, Саратовский национальный исследовательский государственный университет, Саратов, Россия
2Институт проблем точной механики и управления, ФИЦ " Саратовский научный центр РАН", Саратов, Россия
3Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия
Email: fashap66@gmail.com, tuchinvv@mail.ru
Поступила в редакцию: 30 апреля 2026 г.
В окончательной редакции: 17 июля 2026 г.
Принята к печати: 20 июля 2026 г.
Выставление онлайн: 21 сентября 2026 г.
PDF версия
В обзоре систематизированы современные методы измерения показателя преломления слабо и сильно рассеивающих сред с помощью оптической когерентной томографии. Рассмотрены фундаментальные физические принципы и аппаратные ограничения, влияющие на точность и чувствительность рефрактометрии, основанной на оптической когерентной томографии, включая эффекты многократного рассеяния, спекл-шума и дисперсии. Выделены и подробно проанализированы четыре основных класса подходов: прямое измерение оптической толщины; многоугловое зондирование; методы физической и численной рефокусировки; комбинированные технологии. Для каждой группы методов проведена сравнительная оценка преимуществ, ограничений и применимости для конкретных объектов (биологические ткани ex vivo и " in vivo", полимеры, технические жидкости, пористые матрицы). Показано, что вектор развития рефрактометрии, основанной на оптической когерентной томографии, смещается от классических методов механического трекинга фокуса к вычислительной рефракционной томографии и мультимодальным системам, обеспечивающим высокоточное 2D- и 3D-картирование показателя преломления. Отмечено, что внедрение данных алгоритмов открывает новые перспективы для неинвазивной диагностики в биомедицине и неразрушающего контроля в материаловедении. Ключевые слова: оптическая когерентная томография, показатель преломления, рефрактометрия, биологические ткани, многослойные материалы.
  1. I.A. Serebryakova, Y.I. Surkov, E.A. Genina, Y.K. Kuzinova, O.M. Konopatskova, V.V. Tuchin. IEEE J. Selected Topics Quant. Electron., 32 (4), 1 (2026). DOI: 10.1109/JSTQE.2026.3670391
  2. Yu.I. Surkov, I.A. Serebryakova, Ya.K. Kuzinova, O.M. Konopatskova, D.V. Safronov, S.V. Kapralov, E.A. Genina, V.V. Tuchin. Diagnostics, 14 (2), 202 (2024). DOI: 10.3390/diagnostics14020202
  3. M.B. Rocha, F.P. Loss, P.H. da Cunha, M.P. Zanoni, L.M. de Lima, I.T. Nascimento, I. Rezende, T.R.P. Canuto, L.P. Vieira, R. Rossoni, M.C.S. Santos, P.L. Frasson, W. Romao, P.L. Filgueiras, R.A. Krohling. Preprint, arXiv.240101200 (2024). https://doi.org/10.1016/j.bbe.2024.10.001
  4. B.M.Z. Abdalla, O. Reiter, K. Godwin, R. Gallagher, J. Monnier, R.D.R. Zuniga, M. Jain. American J. Clinical Dermatology, 26 (5) 711 (2025). https://doi.org/10.1007/s40257-025-00958-4
  5. G.J. Tearney, M.E. Brezinski, J.F. Southern, B.E. Bouma, M.R. Hee, J.G. Fujimoto. Opt. Lett., 20 (21), 2258 (1995). https://doi.org/10.1364/OL.20.002258
  6. S. Aumann, S. Donner, J. Fischer, F. Muller. High resolution imaging in microscopy and ophthalmology: new frontiers in biomedical optics (2019), p. 59-85. https://doi.org/10.1007/978-3-030-16638-0_3
  7. P.H. Tomlins, R.K. Wang. J. Phys. D: Appl. Phys., 38 (15), 2519 (2005). https://doi.org/10.1088/0022-3727/38/15/002
  8. D. Levitz, L. Thrane, M.H. Frosz, P.E. Andersen, C.B. Andersen, J. Valanciunaite, J. Swartling, S. Andersson-Engels, P.R. Hansen. Opt. Express, 12 (2), 249 (2004). https://doi.org/10.1364/OPEX.12.000249
  9. S. Chang, A.K. Bowden. J. Biomed. Optics, 24 (9), 090901-090901 (2019). https://doi.org/10.1117/1.JBO.24.9.090901
  10. J. Yu, Y. Wang, W. Guo, Y. Gao, Y. Sun, J.U. Kang. arXiv preprint arXiv:2602.02721 (2026). https://doi.org/10.48550/arXiv.2602.02721
  11. T. Chang, J.U. Kim, S.K. Kang, D.K. Kim, Y. Lee, J. Shin. Nature Commun., 7 (1), 12661 (2016). https://doi.org/10.1038/ncomms12661
  12. Y. Tian, C. Xue, W. Zhang, C. Chen, L. Ma, Q. Niu, L. Wu, X. Yan. Analytical Chem., 94 (41), 14299 (2022). https://doi.org/10.1021/acs.analchem.2c02833
  13. Z. Wu, J. Wang, J. Liu, J. Lei, H. Nie, Q. Yuan, Z. Wang, L. Li. High Performance Polymers, 37 (3), 191-2025). https://doi.org/10.1177/09540083241302681
  14. B. Тучин. Оптика биологических тканей. Методы рассеяния света в медицинской диагностике (Издат. фирма Физико-математическая литература, M., 2012), 812 c. 1-е изд.
  15. R. Chakraborty, K.D. Lacy, C.C. Tan, H. Park, M.T. Pardue. Experimental eye Research, 125, 62 (2014). https://doi.org/10.1016/j.exer.2014.05.015
  16. H. Tang, X.Liu, S. Chen, X. Yu, Y. Luo, J. Wu, X. Wang, L. Liu. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, 66 (6), 1803 (2018). https://doi.org/10.1109/TBME.2018.2885844
  17. Y. Verma, K.D. Rao, M.K. Suresh, H.S. Patel, P.K. Gupta. Appl. Phys. B, 87 (4), 607 (2017). https://doi.org/10.1007/s00340-007-2689-4
  18. S.P. Uhlhorn, D. Borja, F. Manns, J. Parel. Vision Research, 48 (27), 2732 (2008). https://doi.org/10.1016/ j.visres.2008.09.010
  19. S. Kling, M. Frigelli, M.E. Aydemir, V. Tahsini, E.A. Torres-Netto, L. Kollros, F. Hafezi. Commun. Medicine, 4 (1), 162 (2024). https://doi.org/10.1038/s43856-024-00578-9
  20. V.V. Tuchin, X. Xu, R.K. Wang. Appl. Opt., 41 (1), 258 (2002). https://doi.org/10.1364/AO.41.000258
  21. A. Bykov, T. Hautala, M. Kinnunen, A. Popov, S. Karhula, S. Saarakkala, M.T. Nieminen, V. Tuchin, I. Meglinski. J. Biophoton., 9 (3), 270 (2016). https://doi.org/10.1002/jbio.201500130
  22. A. Bykov, T. Hautala, M. Kinnunen, A. Popov, S. Karhula, S. Saarakkala, M.T. Nieminen, V. Tuchin. J. Biophoton., 8 (11-12), 981 (2015). https://doi.org/10.1364/ECBO.2015.95400A
  23. H. Fu, Y. Liu, W. Gao, Y. Lan, F. Zhong, M. Cheng, J. Zhang. Heliyon, 8 (12), (2022). https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2022.e11871
  24. J. Yao, P. Meemon, M. Ponting, J.P. Rolland. Opt. Express, 23 (5), 6428 (2015). https://doi.org/10.1364/OE.23.006428
  25. A.P. Fashchevskiy, Y.I. Surkov, I.A. Serebryakova, A.K. Zotov, K.I. Zaytsev, G.M. Katyba, A.S. Kycheryavenko, V.M. Masalov, V.V. Tuchin. Appl. Phys. B, 132 (4), 45 (2026). https://doi.org/10.1007/s00340-026-08649-6
  26. J. Yao, J.P. Rolland. Optical coherence tomography for polymer film evaluation // Optical Coherence Tomography and Its Non-medical Applications (IntechOpen, London, UK, 2020), p. 91
  27. G. Porpora, F. Rusciano, J. Claussen, D. Wortge, A. Gabriele, R. Pastore, F. Greco. J. Phys.: Photon., (2026). https://doi.org/10.1088/2515-7647/ae51d6
  28. M.S. Wrobel, A.P. Popov, A.V. Bykov, M. Kinnunen, M. J edrzejewska-Szczerska, V.V. Tuchin. J. Biomed. Opt., 20 (4), 045004 (2015). https://doi.org/10.1117/1.JBO.20.4.045004
  29. R. Budwig. Experiments Fluids, 17 (5), 350 (1994). https://doi.org/10.1007/BF01874416
  30. M. Milosevic, S.W. King. Appl. Opt., 52 (19), 4477 (2013). https://doi.org/10.1364/AO.52.004477
  31. M. Tedaldi, P. Woolliams, C. Hart, A. Beaumont, P. Tomlins. SPIE, 7171, 183 (2009). https://doi.org/10.1117/12.809090
  32. S.E. Caudill, W. Tandy Grubbs. J. Appl. Polymer Sci., 100 (1), 65 (2006). https://doi.org/10.1002/app.22724
  33. W. Drexler, J.G. Fujimoto (ed.) Optical coherence tomography: technology and applications (Springer Science \& Business Media, 2008)
  34. A.R. Knuettel, M. Boehlau-Godau. J. Biomed. Opt., 5 (1), 83 (2000). https://doi.org/10.1117/1.429972
  35. D.J. Harper, B.J. Vakoc. Opt. Lett., 47 (6), 1517 (2022). https://doi.org/10.1364/OL.449421
  36. Y.L. Ku, Y.G. Shu. arXiv preprint arXiv: 2404.11736.(2024). https://doi.org/10.48550/arXiv.2404.11736
  37. C. Photiou, C. Pitris. J. Biomed. Opt., 24 (10), 106001 (2019). https://doi.org/10.1117/1.JBO.24.10.106001
  38. K.C. Zhou, R. Qian, S. Degan, S. Farsiu, J.A. Izatt. Nature Photon., 13 (11), 794 (2019). https://doi.org/10.1038/s41566-019-0508-1
  39. K.C. Zhou, R.P. McNabb, R. Qian, S. Degan, A. Dhalla, S. Farsiu, J.A. Izatt. Optica, 9 (6), 593 (2022). https://doi.org/10.1364/OPTICA.454860
  40. Y. Li, C. Zhang, T. Huang, T. Fan, G. Ning, H. Liao. Opt. Laser Technol., 184, 112551 (2025). https://doi.org/10.1016/j.optlastec.2025.112551
  41. M. Kv?le L?vmo, S. Deng, S. Moser, R. Leitgeb, W. Drexler, M. Ritsch-Marte. Nature Commun., 15 (1), 2391 (2024). https://doi.org/10.1038/s41467-024-46506-2
  42. J. Binding, J. Ben Arous, J.L?ger, S. Gigan, C. Boccara, L. Bourdieu. Opt. Express, 19 (6), 4833 (2011). https://doi.org/10.1364/OE.19.004833
  43. G. Min, W.J. Choi, J.W. Kim, B.H. Lee. Opt. Express, 21 (24), 29955 (2013). https://doi.org/10.1364/OE.21.029955
  44. P. Rajai. J. Biomed. Opt., 22 (1), 015002 (2017). http://dx.doi.org/10.20381/ruor-6066
  45. H. Fu, W. Gao, Z. Lin, Z. Zeng, W. Shi, J. Zhang. Photonics. --- MDPI, 10 (7), 841 (2023). https://doi.org/10.3390/photonics10070841
  46. M.K. Faluweki, C.S. Cheung, H. Liang. Europ. Phys. J. Plus., 138 (9), 825 (2023). https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-023-04458-4
  47. M. Sand, T. Gambichler, G. Moussa, F.G. Bechara, D. Sand, P. Altmeyer, K. Hoffmann. Skin Research Technol., 12 (2), 114 (2006). https://doi.org/10.1111/j.0909-752X.2006.00144.x
  48. Z. Meng, X.S. Yao, H. Yao, Y. Liang, T. Liu, Y. Li, G. Wang, S. Lan. J. Biomed. Opt., 14 (3), 034010-034010-4 (2009). https://doi.org/10.1117/1.3130322
  49. I. Hariri, A. Sadr, Y. Shimada, J. Tagami, Y. Sumi. J. Dentistry, 40 (5), 387 (2012). https://doi.org/10.1016/j.jdent.2012.01.017
  50. A. Amjadi, H. Ghodsi, S. Khandani, B. Khishkhah, P. Rajai, M. Razzaghi. J. Lasers Medical Sci., 12, e89 (2021). https://doi.org/10.34172/jlms.2021.89
  51. Ю.И. Сурков, И.А. Серебрякова, А.Н. Башкатов, Э.А. Генина. ОКТ-мониторинг показателя преломления кожи при оптическом просветлении ex vivo // Взаимодействие сверхвысокочастотного, терагерцового и оптического излучения с полупроводниковыми микро- и наноструктурами, метаматериалами и биообъектами (2021), с. 178-183
  52. J. Stritzel, M. Rahlves, B. Roth. Opt. Lett., 40 (23), 5558 (2015). https://doi.org/10.1364/OL.40.005558
  53. C.C. Liao, Y.L. Lo, C.Y. Yeh. J. Lightwave Technol., 27 (5), 483 (2009)
  54. P. Huang, Y. Lin, Y. Bai, Z. Ni, S. Xie, B. Dong. Measurement, 205, 112184 (2022). https://doi.org/10.1016/j.measurement.2022.112184
  55. I.Y. Yanina, A.P. Popov, A.V. Bykov, I.V. Meglinski, V.V. Tuchin. J. Biomed. Opt., 23 (1), 016003 (2018). https://doi.org/10.1117/1.JBO.23.1.016003
  56. А.С. Шансхул, Е.Н. Лазарева, Ю.И. Сурков, И.А. Серебрякова, Д.К. Тучина, Э.А. Генина, В.В. Тучин. Опт. и спектр., 133 (5), 575 (2025). https://doi.org/10.61011/OS.2025.05.60797.7028-24
  57. A.J. Fitzgerald, X. Tie, M.J. Hackmann, B. Cense, A.P. Gibson, V.P. Wallace. Biomed. Opt. Express, 11 (3), 1417 (2020). https://doi.org/10.1364/BOE.378506
  58. D. Wang, K. Yang, Y. Zhou. Appl. Opt., 55 (9), 2435 (2016). https://doi.org/10.1364/AO.55.002435
  59. M. Pradella. Laboratories, 3 (1), 4 (2026). DOI: 10.3390/laboratories3010004
  60. T. von Clarmann, S. Compernolle, F. Hase. Atmospheric Measurement Techniques Discussions, 2021, 1 (2021). https://doi.org/10.5194/amt-15-1145-2022
  61. I.V. Petrova, A.I. Kholodnykh, K.V. Larin, M. Motamedi, R.O. Esenaliev. Proceedings Second Joint 24th Annual Conf. and the Annual Fall Meeting of the Biomedical Engineering Society. Engineering in Medicine and Biology. IEEE, 3, 2255 (2002). https://doi.org/10.1109/IEMBS.2002.1053269
  62. D. Huyan, N. Lagrosas, T. Shiina. Photonics. MDPI, 10 (2), 146 (2023). https://doi.org/ 10.3390/photonics10020146
  63. H.C. Cheng, Y.C. Liu. Appl. Opt., 49 (5), 790 (2010). DOI: 10.1364/AO.49.000790
  64. Y. Zhou, K.K. Chan, T. Lai, S. Tang. Biomed. Opt. Express, 4 (1), 38 (2012). https://doi.org/ 10.1364/BOE.4.000038

Подсчитывается количество просмотров абстрактов ("html" на диаграммах) и полных версий статей ("pdf"). Просмотры с одинаковых IP-адресов засчитываются, если происходят с интервалом не менее 2-х часов.

Дата начала обработки статистических данных - 27 января 2016 г.

Учредители

Издатель

© 2026 Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук
Powered by webapplicationthemes.com - High quality HTML Theme