Приборы и техника эксперимента, 2023, № 2, стр. 150-151

В последнее время быстро развиваются лазерные биотехнологии и медицина, основанные на воздействии лазерного излучения на различные биообъекты и человеческий организм. Эффективность воздействия на биоткань существенным образом зависит от интенсивности лазерного света как на поверхности, так и в объеме биоткани. От распределения интенсивности будут зависеть формирующиеся температурные поля, определяющие степень деградации биоткани в лазерной хирургии [1]. При воздействии низкоинтенсивного света результат фотобиомодуляции клеток также во многом определяется его интенсивностью.

Оценки распределения интенсивности лазерного света в объеме биоткани могут быть получены путем численного расчета с привлечением информации об экспериментально найденных эффективных оптических параметрах конкретной ткани: показателе преломления, коэффициентах поглощения и рассеяния, а также фазовой функции рассеяния и среднем косинусе угла рассеяния (фактор анизотропии). Для получения этих характеристик обычно используется метод интегрирующих сфер [2–4].

Оптические параметры биоткани были получены нами с использованием установки, представленной на рис. 1. Основу установки составляют лазерный источник 1 и две интегрирующие сферы 2 и 3. В качестве источника непрерывного коллимированного, одномодового, поляризованного излучения с длинами волн λ = 970 нм и 1550 нм использован лазер FiberLase CR (НТО “ИРЭ-Полюсˮ, Россия). Применялись сферы Thorlabs IS200-4 диаметром 8 см с входными портами 12.5 мм. Излучение от источника попадает на клин 4, который ослабляет и перенаправляет излучение на диафрагму 5, а затем на чоппер 6, который модулирует попадающее излучение. Применение чоппера – механического модулятора излучения – позволяет уменьшить влияние внешней засветки и повысить точность измерений. После чоппера излучение через вторую диафрагму и зеркало 7  перенаправляется во входной порт нижней интегрирующей сферы 2. Пройдя через образец 8, часть излучения попадает в верхнюю сферу 3. Каждая сфера оснащена фотодетектором (9 и 10), соединенным с управляющим компьютером (PC) через мультиплексор 11.

Рис. 1.

Установка для определения оптических характеристик образцов биоткани: а – фрагмент общего вида; б – схема установки. 1 – лазерный источник; 2, 3 – интегрирующие сферы; 4 – клин; 5 – диафрагмы; 6 – чоппер; 7 – зеркало; 8 – образец биоткани; 9, 10 – фотодетекторы; 11 – мультиплексор; 12 – синхронный детектор; 13 – измеритель мощности; 14 – плата управления; 15 – шаговый двигатель; 16 – платформа.

Важной особенностью установки является размещение образца биоткани на подвижной платформе 16. В процессе измерения образец передвигается в пространстве между сферами, и фотодетекторами интегрирующих сфер регистрируются зависимости мощности от расстояния. Полученные значения мощности нормируются на значения мощности, регистрируемой в отсутствие образца каждой сферой в отдельности. Оптические свойства биологических тканей определяются при сравнении этих результатов с результатами математического моделирования с использованием численного метода Монте-Карло [5].

Метод подвижных интегрирующих сфер, представленный в данной работе, позволяет значительно повысить точность определения оптических характеристик. По сравнению с классическим методом, в котором сферы фиксируются вплотную к образцу [2–4], данный метод обеспечивает возможность проведения измерений при различных положениях образца, что позволяет увеличить объем экспериментальных данных, а следовательно, повысить точность измерений [6].