Визуализация кровотока методом лазерных спекл-контрастных измерений в условиях неэргодичности
Finnish Cultural Foundation grant , № 00180998
Academy of Finland, №326204, № 325097, № 290596, № 314369
European Union Research and Innovation Program Horizon 2020 project NEUROPA , №863214
MEPhI Academic Excellence Project , №232 02.a03.21.0005
INFOTECH project
The Henry Chanoch Krenter Institute for Biomedical Imaging and Genomics (Staff Scientists grant program)
Сдобнов А.Ю.
1, Кальченко В.В.
2, Быков А.В.1, Попов А.П.1, Молодый Г.2, Меглинский И.В.
1,3,4,5,6
1University of Oulu, Optoelectronics and Measurement Techniques Laboratory, Oulu Finland
2Weizmann Institute of Science, Department of Veterinary Resources, Rehovot, Israel
3Междисциплинарная лаборатория биофотоники, Национальный исследовательский Томский государственный университет, Томск, Россия
4Инженерно-физический институт биомедицины (ИФИБ), Национальный исследовательский ядерный университет (МИФИ), Москва, Россия
5Aston Institute of Materials Research, School of Engineering and Applied Science, Aston University, Birmingham, B4 7ET, UK
6School of Life and Health Sciences, Aston University, Birmingham, B4 7ET, UK
Email: anton.sdobnov@oulu.fi, a.kalchenko@weizmann.ac.il, alexander.bykov@oulu.fi, alexey.popov.vtt.fi, molodij.guillaume@gmail.com, i.meglinski@aston.ac.uk
Выставление онлайн: 3 апреля 2020 г.
Исследовано влияние неподвижных структурных включений в неоднородных сильно рассеивающих свет средах, таких как биоткани, на результаты спекл-контрастных измерений с использованием временного и пространственного методов обработки изображений методом лазерной спекл-контрастной визуализации. Детализированы границы применимости метода лазерной спекл-контрастной визуализации при невыполнении условия эргодичности. На базе модельных экспериментов показано, что увеличение в измеряемом объеме числа неподвижных рассеивателей по отношению к динамическим вносит существенную погрешность в результаты пространственной и временной обработки спекл-изображений при заданном времени экспозиции детектора. В то же время анализ пространственного и временного спекл-контрастов, значений коэффициента спекл-динамики, а также результаты моделирования измеряемого объема методом Монте-Карло показали, что наличие относительно тонкого, до 30% от общего объема, статически неподвижного слоя не вносит значительных изменений в результаты измерений методом лазерной спекл-контрастной визуализации. Время экспозиции камеры, а также количество кадров, используемых для обработки изображения, могут варьировать и быть подобраны индивидуально для каждого эксперимента. Разработанные алгоритмы пространственной и временной обработки изображений, полученных методом лазерной спекл-контрастной визуализации, были апробированы в экспериментах транскраниальной визуализации кровотока мозга мыши. Ключевые слова: рассеяние, лазерное излучение, метод лазерной спекл-контрастной визуализации, эргодичность, неинвазивная визуализация, кровоток, мозг.
- Leahy M.J. Microcirculation Imaging. John Wiley \& Sons, 2012
- Меглинский И.В., Кальченко В.В., Кузнецов Ю.Л., Кузник В.И., Тучин В.В. // Докл. АН. 2013. Т. 451. N 4. С. 393; Meglinski I.V., Kalchenko V.V., Kuznetsov Y.L., Kuznik B.I., Tuchin V.V. // Dokl. Phys. 2013. V. 58. N 8. P. 323. doi 10.1134/S102833581308003X
- Kalchenko V., Kuznetsov Y., Harmelin A., Meglinski I.V. // J. Biomed. Opt. 2012. V. 17. N 5. P. 050502. doi 10.1117/1.JBO.17.5.050502
- Кальченко В.В., Кузнецов Ю.Л., Меглинский И.В. // Квант. электрон. 2013. Т. 43. N 7. С. 679; Kalchenko V., Kuznetsov Y.L., Meglinski I. // Quantum Electron. 2013. V. 43. N 7. P. 679. doi 10.1070/QE2013v043n07ABEH014953
- Kalchenko V., Kuznetsov Y.L., Preise D., Meglinski I., Harmelin A. // J. Biomed. Opt. 2014. V. 19. N 6. P. 060502. doi 10.1117/1.JBO.19.6.060502
- Kalchenko V., Meglinski I., Sdobnov A., Kuznetsov Y., Harmelin A. // J. Biomed. Opt. 2019. V. 24. N 6. P. 060501. doi 10.1117/1.JBO.24.6.060501
- Kalchenko V., Israeli D., Kuznetsov Y.L., Meglinski I., Harmelin A. // J. Biophotonics. 2015. V. 8. N 11--12. P. 897. doi 10.1002/jbio.201400140
- Kalchenko V., Sdobnov A., Meglinski I., Kuznetsov Y., Molodij G., Harmelin A. // Photonics. 2019. V. 6. N 3. P. 80. doi 10.3390/photonics6030080
- Mizeva I., Dremin V., Potapova E., Zherebtsov E., Kozlov I., Dunaev A. // IEEE Trans. Biomed. Eng. 2019. doi 10.1109/TBME.2019.2950323
- Goodman J.W. Laser Speckle and Related Phenomena / Ed. by Dainty J.C., V. 9 in series Topics in Applied Physics. Springer, Berlin, Heidelberg, 1975. P. 9
- Goodman J.W. Speckle Phenomena in Optics: Theory and Applications. Roberts and Company Publishers, 2007
- Fercher A., Briers J. // Opt. Commun. 1981. V. 37. N 5. P. 326. doi 10.1016/0030-4018(81)90428-4
- Boas D., Yodh A.G. // J. Opt. Soc. Amer. A. 1997. V. 14. N 1. P. 192. doi 10.1364/JOSAA.14.000192
- Cummins H. Photon Correlation and Light Beating Spectroscopy. Springer Science \& Business Media, 2013. V. 3
- Berne B.J., Pecora R. Dynamic Light Scattering: with Applications to Chemistry, Biology, and Physics. Courier Corporation, 2000
- Parthasarathy A.B., Tom W.J., Gopal A., Zhang X., Dunn A.K. // Opt. Exp. 2008. V. 16. N 3. P. 1975. doi 10.1364/OE.16.001975
- Davenport W.B., Root W.L. An Introduction to the Theory of Random Signals and Noise. N. Y.: McGraw-Hill, 1958. V. 159
- Yaglom A.M. An Introduction to the Theory of Stationary Random Functions. Courier Corporation, 2004
- Zakharov P., Volker A., Buck A., Weber B., Scheffold F. // Opt. Lett. 2006. V. 31. N 23. P. 3465. doi 10.1364/OL.31.003465
- Joosten J.G.H., Gelade E.T.F., Pusey P.N. // Phys. Rev. A. 1990. V. 42. N 4. P. 2161. doi 10.1103/PhysRevA.42.2161
- Li P., Ni S., Zhang L., Zeng S., Luo Q. // Opt. Lett. 2006. V. 31. N 12. P. 1824. doi 10.1364/OL.31.001824
- Zakharov P. // Opt. Lett. 2017. V. 42. N 12. P. 2299. doi 10.1364/OL.42.002299
- Pusey P.N., Van Megen W. // Physica A: Stat. Mech. Appl. 1989. V. 157. N 2. P. 705. doi 10.1016/0378-4371(89)90063-0
- Sdobnov A., Bykov A., Molodij G., Kalchenko V., Jarvinen T., Popov A., Kordas K., Meglinski I. // J. Phys. D: Appl. Phys. 2018. V. 51. N 15. P. 155401. doi 10.1088/1361-6463/aab404
- Sdobnov A., Bykov A., Popov A., Zherebtsov E., Meglinski I. // Proc. SPIE. 2018. V. 10685. P. 1068509. doi 10.1117/12.2306631
- Volker A.C., Zakharov P., Weber B., Buck F., Scheffold F. // Opt. Expr. 2005. V. 13. N 24. P. 9782. doi 10.1364/OPEX.13.009782
- Rice T.B., Kwan E., Hayakawa C.K., Durkin A.J., Choi B., Tromberg B.J. // Biomed. Opt. Expr. 2013. V. 4. N 12. P. 2880. doi 10.1364/BOE.4.002880
- Boas D.A., Dunn A.K. // J. Biomed. Opt. 2010. V. 15. N 1. P. 011109. doi 10.1117/1.3285504
- Cheng H., Luo Q., Zeng S., Chen S., Cen J., Gong H. // J. Biomed. Opt. 2003. V. 8. N 3. P. 559. doi 10.1117/1.1578089
- Qiu J., Li P., Luo W., Zhang H., Luo Q. // J. Biomed. Opt. 2010. V. 15. N 1. P. 016003. doi 10.1117/1.3290804
- Wrobel M.S., Popov A.P., Bykov A.V., Tuchin M., Jedrzejewska-Szczerskaa M. // Biomed. Opt. Express. 2016. V. 7. N 6. P. 2088. doi 10.1364/BOE.7.002088
- Flock S.T., Jacques S.L., Wilson B.C., Star W.M., van Gemert M.J. // Las. Surg. Med. 1992. V. 12. N 5. P. 510. doi 10.1002/lsm.1900120510
- Pickering J.W., Prahl S.A., Van Wieringen N., Beek J.F., Sterenborg H.J., Van Gemert M.J. // Appl. Opt. 1993. V. 32. N 4. P. 399. doi 10.1364/AO.32.000399
- Meglinski I.V., Matcher S.J. // Opt. Spectrosc. 2001. V. 91. N 4. P. 654. doi 10.1134/1.1412689
- Soleimanzad H., Gurden H., Pain F. // J. Biomed. Opt. 2017. V. 22. N 1. P. 010503. doi 10.1117/1.JBO.22.1.010503
- Park J.H., Sun W., Cui M. // Proc. Nat. Acad. Sci. 2015. V. 112. N 30. P. 9236. doi 10.1073/pnas.1505939112
- He J., Lu H., Deng R., Young L., Tong S., Jia X. // EMBC Proc. 2015. P. 6971. doi 10.1109/EMBC.2015.7319996
- Dunn A.K. // Ann. Biomed. Eng. 2012. V. 40. N 2. P. 367. doi 10.1007/s10439-011-0469-0
- Sdobnov A.Y., Darvin M.E., Genina E.A., Bashkatov A.N., Lademann J., Tuchin V.V. // Spectrocim. Acta A. 2018. V. 197. P. 216--229. doi 10.1016/j.saa.2018.01.085
- Сдобнов А.Ю., Ладеманн Ю., Дарвин М.Е., Тучи В.В. // Успехи Биол. Хим. 2019. Т. 59. С. 295; Sdobnov A.Y., Lademann J., Darvin M.E., Tuchin V.V. // Biochem. Moscow. 2019. V. 84. N 1. P. 144. doi 10.1134/S0006297919140098
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.
