ВВЕДЕНИЕ 4
1. Методика исследования 6
1.1 Оптическая когерентная томография (ОКТ) 6
1.2 Оптическая когерентная эластография 11
2 Объект исследования 16
2.1 Структура кожи человека 16
2.2 Упругие свойства кожи 19
3. Эксперимент и верификация методики 21
3.1 Программное обеспечение 21
3.2 Получение модуля Юнга на основе модели колебаний сигнала ОКТ 22
3.3 Методика определения модуля Юнга с помощью ОКЭ 28
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 38
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ РЕСУРСОВ И ЛИТЕРАТУРЫ 39
В современном мире большое внимание уделяется изучению физических свойств тканей для своевременного диагностирования паталогических процессов и облегчения неинвазивных способов лечения. За последние годы большую популярность получило развитие оптического метода исследования тканей in vivo. Использование такого способа как оптическая когерентная томография (ОКТ) имеет ряд преимуществ перед привычным и более распространенными в медицине методами. К ним относятся рентгеновская, магнитно-резонансная и ультразвуковая томография, оказывающие влияние на процессы жизнедеятельности клеток и тканей. Преимущество оптической когерентной томографии заключается в том, что она является безопасной по отношению к другим методам изучения. Это в свою очередь позволяет проводить исследования на живом образце in vivo. В основе ОКТ лежит интерферометрическая регистрация низкокогерентного оптического излучения, отраженного от различных слоев биотканей. Также преимуществами данного метода исследования являются низкая, по сравнения с другими, стоимость оборудования, более высокая контрастность и качество получаемого изображения. Применение ОКТ в более широких спектрах при изучении и диагностике позволит на ранних этапах диагностировать паталогические изменения, что отражает актуальность вопроса.
Сам по себе метод ОКТ представляет собой способ визуализации, использующийся в том числе в совокупности с дополнительными методами исследования. Так одним из интересных нам способов стала оптическая когерентная эластография (ОКЭ). ОКЭ была разработана специально для изучения и измерения малых внутренних деформаций и является фактический новейшим методом визуализации, который используется в биомедицине для получения изображений различных биологических тканей. Точность данного метода полностью соответствует методу ОКТ. Эластография основана на оценке эластических свойств тканей. Основой этих свойств является модуль Юнга. Исходя из закона Гука и полученного модуля упругости можно численно оценить как относительные значения жесткости, так и абсолютные.
Метод оптической когерентной эластографии подразумевает наличие деформаций в исследуемом образце для дальнейших измерений и расчетов. Зачастую способом создания деформаций является использование пьезоприводов и пьезоэлементов. Изменяя частоту, интенсивность, амплитуду генерируемых пьезоэлементом волн можно создать различные деформации, подходящие под различные методы исследования.
В настоящее время как в медицине, так и в физике для определения упругих свойств образцов методом ОКЭ используется генерация сдвиговой волны. Нашей целью является разработка методики расчета модуля Юнга, при которой в исследуемом образце (биологическая ткань - человеческая кожа) достигается явление резонанса. Отличием от других методов измерения модулей упругости является точечная применимость нашего метода. Так как кожа является неоднородным органическим объектом, модуль упругости сильно зависит от места исследования и от глубины зондирования. Новая методика позволяет, опираясь на известные показатели модуля Юнга для кожи, исследовать образцы in vivo в тех случаях, когда прочие диагностические методики недоступны. Например, в случае необходимости определения упругих свойств in vivo в постоянном режиме. В случае с существующими в настоящее время методиками, при применении ОКЭ необходимо брать пробу (биопсию) биологической ткани. Это делает такие методики неудобными или невозможными при проведении операций и при исследовании на живых образцах.
Целью данной работы была верификация методики получения модуля упругости посредством оптической когерентной эластографии. Для верификации был проведен эксперимент, в ходе которого применяя технологии ОКТ и ОКЭ были получены графики зависимости амплитуды колебаний от частоты колебаний для резинового фантома и парафиновой пластинки. На основании этих графиков была определена резонансная частота для каждого образца. Определение резонансной частоты позволило определить модуль Юнга фантома при наличии эталонного образца в виде парафиновой пластинки с известным модулем упругости. Для численного расчета модуля Юнга была выведена формула, при подстановке в которую резонансной частоты, плотности и модуля упругости эталонного образца можно определить модуль упругости исследуемого тела. Резонансная частота резинового образца равна 3300 Гц, модуль Юнга равен Е = 2,2 * 106Па. Для верификации был проведен эксперимент по нахождению модуля Юнга методом механического растяжения, в ходе которого было получено значение Е = 2,306 * 106Па. Полученные значения отличаются незначительно, что говорит о работоспособности и высокой точности. Применение данной методики возможно для нахождения модуля Юнга кожи in vivo точечным методом. Это может использоваться в гистологии, в пластической хирургии, в исследовании патологических процессов в коже, когда необходимо изучать изменения модуля упругости в режиме реального времени.
