Лазерная диагностика сильнорассеивающих сред и изменение их оптических свойств путем имплантации наночастиц тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.21, кандидат физико-математических наук Попов, Алексей Петрович

• Попов, Алексей Петрович
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Попов, Алексей Петрович

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ПРОХОЖДЕНИЕ СВЕРХКОРОТКОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА ЧЕРЕЗ СЛУЧАЙНУЮ СРЕДУ

1.1. Нестационарная теория переноса излучения

1.2. Методы решения нестационарного уравнения теории переноса излучения

1.3. Структура сверхкороткого лазерного импульса на выходе из случайной среды

ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ СВЕРХКОРОТКОГО ЛАЗЕРНОГО ИМПУЛЬСА В СРЕДЕ С СИЛЬНЫМ РАССЕЯНИЕМ МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО

2.1. Основная идея метода Монте-Карло

2.2. Схема моделируемого эксперимента

2.3. Реализованный в программе алгоритм и применимость метода

2.4. Результаты расчетов для конечного и полубесконечного слоя модельной однородной среды и их обсуждение

2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. МЕТОД ЛАЗЕРНОЙ ИМПУЛЬСНОЙ ВРЕМЯПРОЛЕТНОЙ ФОТОМЕТРИИ КАК ИНСТРУМЕНТ ДИАГНОСТИКИ СРЕД С СИЛЬНЫМ РАССЕЯНИЕМ

3.1. Физическая модель среды с сильным рассеянием на примере водного раствора интралипида с глюкозой

3.1.1. Оптические параметры модели и метод расчета

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Лазерная диагностика сильнорассеивающих сред и изменение их оптических свойств путем имплантации наночастиц»

Актуальность исследований. Лазерная диагностика сред с сильным светорассеянием является актуальной задачей. Особенно важным является осуществление неразрушающей диагностики, позволяющей делать заключение об изменении свойств исследуемого объекта без необратимых последствий для последнего. Проведение диагностики возможно с использованием различных методов. Преимуществами оптических методов, в частности, с применением лазеров является неионизирующий характер излучения, малая длина волны, что позволяет работать со средами, имеющими в своем составе объекты субмикронного размера и возможность наблюдения за быстропротекающими процессами с характерными временами, лежащими в субпикосекундном диапазоне, что важно, например, для исследований в биологии и медицине [1]. Для диагностики свойств сред с сильным рассеянием получили развитие различные оптические методы [2], как с использованием непрерывного, так и импульсного излучения. К первым относятся, например, оптическая когерентная томография, гониофотометрия, а ко второму - лазерная импульсная времяпролетная фотометрия [3]. В качестве примеров можно привести задачи определения содержания глюкозы и оксигенации крови в тканях человека in vivo, диагностики качества бумаги непосредственно в процессе ее производства. Многие биоткани (в частности, кожа) служат хорошей иллюстрацией сред с сильным рассеянием. Работа с ними ведется в разных диапазонах длин волн, что определяется целями исследований. Для диагностики биотканей часто используется лазерное излучение, длины волн которого находятся в так называемом "диагностическом окне", т.е. в диапазоне 630-1500 нм, расположенном между областями сильного поглощения гемоглобина и воды. На этих длинах волн взаимодействие биотканей с излучением обусловлено, в первую очередь, рассеянием. Изменение содержания составляющих биоткани компонентов (в частности, глюкозы) влияет на рассеивающие свойства биологической среды. Изменения этих свойств могут быть зарегистрированы, в частности, по изменению формы, пиковой интенсивности, энергии лазерных импульсов при взаимодействии со средой, что, в свою очередь, позволяет делать заключение об изменении содержания исследуемых компонентов. Распространение излучения в биотканях описывается теорией переноса излучения и часто носит характер многократного рассеяния. Из-за сложности решения основного уравнения этой теории применяются различные упрощения, а также ряд методов численного моделирования, которое позволяет оптимизировать условия проведения эксперимента и помочь в интерпретации результатов. Одним из таких методов является метод Монте-Карло, который позволяет учесть особенности геометрии образца, но требует больших временных затрат. Последняя проблема теряет остроту с развитием вычислительной техники.

Диагностика оптических свойств сред с сильным рассеянием позволяет отслеживать изменение этих свойств, которые, в случае необходимости, можно изменять, например, путем введения определенных веществ, влияющих на пропускание, отражение и поглощение излучения исследуемой средой. В качестве примера можно привести просветление покровных тканей для задачи диагностики внутренних органов или придание блеска бумаге. Для изменения свойств часто используются частицы из металла, полупроводника или диэлектрика, размеры которых лежат в микро- и нанометровом диапазоне. Особое значение имеет имплантация наночастиц диоксида титана в приповерхностный слой кожи для ослабления УФ-излучения. Определение размеров наиболее эффективно ослабляющих излучение частиц при его распространении в коже является актуальной задачей.

Целью диссертационной работы является разработка методов лазерной диагностики сред с сильным рассеянием и изменение их оптических свойств путем имплантации наночастиц.

Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи: разработать метод расчета распространения сверхкороткого лазерного импульса в среде с сильным светорассеянием; исследовать возможность регистрации параметров рассеянного в переднее полупространство импульса в зависимости от оптических свойств и геометрических параметров среды, а также от длительности зондирующего импульса; исследовать распределение интенсивностей баллистического и диффузного компонентов рассеянного импульса по кратности рассеяния, а также распределение интенсивностей поглощенного и рассеянного внутри среды излучения при различных оптических параметрах этой среды; изучить возможность использования сверхкоротких лазерных импульсов для диагностики сред с сильным рассеянием на примере среды, имитирующей кожу с разной концентрацией глюкозы; определить параметры рассеянного импульса, наиболее чувствительные для такой диагностики; исследовать возможность применения наночастиц для изменения оптических свойств сред с сильным рассеянием на примере частиц диоксида титана в коже; разработать методику определения размеров наночастиц, наиболее эффективно ослабляющих УФ-излучение при его распространении в среде, имитирующей кожу человека, а также метод расчета пропускания, отражения и поглощения света в среде с наночастицами.

Научная новизна работы состоит в том, что показана возможность использования сверхкоротких лазерных импульсов для диагностики сред с сильным светорассеянием на примере детектирования содержания глюкозы в средах, имитирующих ткани человека; показано, что наиболее чувствительными к изменению уровня глюкозы в физиологическом диапазоне является энергия импульса; разработана методика, позволяющая оценить размер частиц, наиболее эффективно ослабляющих излучение на примере наночастиц диоксида титана, имплантированных в верхний слой кожи, и падающего УФ-излучения.

Практическая значимость работы состоит в том, что проведенные исследования расширяют возможности неразрушающей оптической диагностики сильнорассеивающих (в частности, биологических) сред с использованием сверхкоротких лазерных импульсов; повышают эффективность методов и открывают новые возможности изменения оптических свойств таких сред при имплантации наночастиц.

Приведенные в работе результаты были получены при выполнении научных исследований по следующим грантам:

1. Грант РФФИ "Ведущие научные школы России" № 2071.2003.4;

2. Стипендия Леонарда Эйлера от Немецкой Службы Академических Обменов (DAAD).

Достоверность представленных научных результатов обусловлена тем, что они получены на основе апробированных и аттестованных Государственной службой стандартных справочных данных (ГСССД) методик расчета и подтверждаются соответствием результатам, которые получены другими исследователями и опубликованы в мировой научной литературе.

Личный вклад автора состоит в участии в постановке задач, разработке теоретических моделей и методик расчета, проведении моделирования, обработке и обсуждении полученных результатов.

Положения и результаты, выносимые на защиту: сверхкороткие лазерные импульсы могут быть эффективным инструментом диагностики изменения содержания глюкозы в средах, имитирующих человеческие ткани, причем наиболее чувствительным параметрм импульса являются его энергия; размер наночастиц, наиболее эффективно ослабляющих излучение при его распространении в среде, определяется положением максимума зависимости безразмерного сечения экстинкции, отнесенного к диаметру, от размера частиц; при равномерном распределении наночастиц диоксида титана размером 25-200 нм с объемной концентрацией 1% в 1-мкм приповерхностном слое среды, моделирующей роговой слой кожи (полная толщина - 20 мкм), основной вклад в ослабление излучения в роговом слое во всем УФ-диапазоне вносит поглощение.

Апробация работы. Основные результаты, изложенные в диссертации, докладывались и обсуждались на следующих международных и российских научных конференциях:

1. Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2002", Москва, Россия;

2. European Workshop on Biomedical Optics "Biophotonics-2002", Heraklion, Crete, Greece;

3. Optical Technologies in Biophysics and Medicine "SFM-2002", Саратов, Россия;

4. Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003", Москва, Россия;

5. Joint conference of the Optical Societies of Denmark, Finland, Norway and Sweden "Northern 0ptics-2003", Helsinki, Finland;

6. Advanced Laser Technologies "ALT-2003", Cranfield, UK;

7. Optical Technologies in Biophysics and Medicine "SFM-2003", Саратов, Россия;

8. 1st Russian-Finnish Seminar "Photonics and Laser Symposium PALS'03", Saratov, Russia;

9. Biophysics International Autumn School "Non-invasive Biophysical Methods in Biology and Medicine", Gaiser Timisul de Sus, Romania, 2003;

10. International Symposium "BiOS-2004", San Jose, USA;

11. Лазерная школа - короткие курсы "Современные проблемы лазерной физики", Москва, Россия, 2004;

12. Международная конференция студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2004", Москва, Россия;

13. "Optics Days-2004", Turku, Finland;

14. Congress on Applications of Nanotechnologies in Biology and Medicine "Bio Meets Nano", Oulu, Finland, 2004;

15. Advanced Laser Technologies "ALT-2004", Rome-Frascati, Italy;

16. Optical Technologies in Biophysics and Medicine "SFM-2004", Саратов, Россия;

17. NATO Advanced Study Institute "Biophotonics: From Fundamental Principles to Health, Environment, Security, and Defense Applications", Ottawa, Canada, 2004;

18. "Photonics North-2004", Ottawa, Canada;

19. International Topical Meeting on Optical Sensing and Artificial Vision "OSAV-2004", St. Petersburg, Russia;

20. International Symposium "BiOS-2005", San Jose, USA;

21. 2nd Finnish-Russian Seminar "Photonics and Laser Symposium PALS'05", Kajaani, Finland;

22. International Conference on Coherent and Nonlinear Optics, Lasers, Applications, and Technologies ICONO/LAT-2005, St. Petersburg, Russia;

23. European Conference on Biomedical Optics "ECBO-2005", Munich, Germany;

24. Advanced Laser Technologies "ALT-2005", Tianjin, China;

25. International Autumn School "Modern Biophysical Techniques for Human Health. From Physics to Medicine", Poiana Bra§ov, Romania, 2005;

26. International Symposium "BiOS-2006", San Jose, USA.

По теме диссертации опубликованы 33 работы, из которых: 6 статей в рецензируемых журналах, 12 статей в трудах конференций, 14 тезисов докладов на конференциях, 1 аттестованная методика. Основные результаты изложены в следующих публикациях:

1. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Lademann, and R. Myllyla, "Ti02 nanoparticles as effective UV-B radiation skin-protective compound in sunscreens", J. Phys. D: Appl. Phys. 38, 2564-2570 (2005).

2. А.П. Попов, A.B. Приезжев, P. Мюллюля, "Влияние концентрации глюкозы в модельной светорассеивающей суспензии на характер распространения в ней сверхкоротких лазерных импульсов", Квантовая электроника 35, 1075-1078(2005).

3. A.P. Popov, J. Lademann, A.V. Priezzhev, and R. Myllyla, "Effect of size of ТЮ2 nanoparticles embedded into stratum corneum on UVA and UVB sun-blocking properties of the skin", J. Biomed. Opt. 10, 064037 (2005).

4. А.П. Попов, A.B. Приезжев, Ю. Ладеман, P. Мюллюля, "Влияние нанометровых частиц оксида титана на защитные свойства кожи в УФ-диапазоне", Оптический журнал 73,67-71 (2006).

5. А.О. Рыбалтовский, В.Н. Баграташвили, А.И. Белогорохов, В.В. Колташев, В.Г. Плотниченко, А.П. Попов, А.В. Приезжев, А.А. Ищенко, А.А. Свиридова, К.В. Зайцева, И.А. Туторский, "Спектральные особенности водно-эмульсионных композитных сред, содержащих наночастицы кремния", Оптика и спектроскопия 100,. (2006).

6. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Lademann, and R. Myllyla, "Advantages of NIR radiation use for optical determination of skin horny layer thickness with embedded ТЮ2 nanoparticles during tape stripping procedure", Laser Physics 16,. (2006).

7. A.P. Popov and A.V. Priezzhev, "Laser pulse propagation in turbid media: Monte Carlo simulation and comparison with experiment", Proc. SPIE 5068, 299-308 (2003).

8. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, and R. Myllyla, "Effect of spectral width on short laser pulses propagation through upper layers of human skin: Monte Carlo simulations", Proc. SPIE 5319,224-230 (2004).

9. E. Alarousu, J. Hast, M. Kinnunen, M. Kirillin, R. Myllyla, J. Plucinski, A. Popov, A.V. Priezzhev, T. Prykari, J. Saarela, and Z. Zhao, "Noninvasive glucose sensing in scattering media using OCT, PAS and TOF techniques", Proc. SPIE 5474,33-41 (2004).

10. M. Kinnunen, А.Р. Popov, J. Plucinski, R. Myllyla, and A.V. Priezzhev, "Measurements of glucose content in scattering media with time of flight technique; comparison with Monte Carlo simulations", Proc. SPIE 5474, 181191 (2004).

11.A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Lademann, and R. Myllyla, "Manipulation of optical properties of human skin by light scattering particles of titanium dioxide", Proc. SPIE 5578,269-277 (2004).

12.A.P. Popov, M.Y. Kirillin, A.V. Priezzhev, J. Lademann, J. Hast, and R. Myllyla, "Optical sensing of titanium dioxide nanoparticles within horny layer of human skin and their protecting effect against solar UV radiation", Proc. SPIE 5702, 113-122(2005).

13. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Lademann, and R. Myllyla, "Efficiency of Ti02 nanoparticles of different sizes as UVB light skin-protective fraction in sunscreens", Proc. SPIE 5771,336-343 (2005).

14. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, and J. Lademann, "Control of optical properties of human skin by embedding light scattering nanoparticles", Proc. SPIE 5850, 286-293 (2005).

15. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, and R. Myllyla, "Glucose contents monitoring with time-of-flight technique in aqueous Intralipid solution imitating human skin: Monte Carlo simulation", Proc. SPIE 5862, 251-254 (2005).

16. A. Popov, A. Priezzhev, and R. Myllyla, "Time-resolved Monte Carlo simulation of photon migration in tissue phantom in relation to glucose sensing", Proc. SPIE 6257,288-292 (2006).

17. A. Popov, A. Priezzhev, and R. Myllyla, "Fiber-optic detection of ultrashort laser pulses diffusely reflected from Intralipid skin phantom: effect of numerical aperture and scattering anisotropy", Proc. SPIE 6344,. (2006).

18. A.V. Bykov, A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Hast, and R. Myllyla, "Feasibility of glucose sensing by time- and spatial-resolved detection: Monte Carlo simulations of diffuse reflection in a 3-layer skin model", Proc. SPIE 6094,2632 (2006).

19.А.П. Попов, A.B. Приезжев, Методика расчета эффективности защитных свойств наночастиц при облучении материалов и биотканей светом в УФ

А и УФ-В диапазонах, ГСССД MP 120-06. Деп. в ФГУП

Стандартинформ" 03.03.2006 г., 36 е., № 814а-06 кк.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, основной части, содержащей четыре главы, заключения и списка цитируемой литературы из 122 наименований. Диссертация содержит 6 таблиц и иллюстрирована 55 рисунками. Общий объем диссертационной работы составляет 127 страниц.

Заключение диссертации по теме «Лазерная физика», Попов, Алексей Петрович

Основные результаты работы заключаются в следующем.

Показано, что при прохождении лазерного импульса через рассеивающую среду кратность рассеяния в максимуме рассеянных в переднее полупространство фотонов зависит экспоненциально от коэффициента рассеяния среды при толщине, большей 2.5 транспортных длин фотона.

При распространении в среде с сильным рассеянием относительное уширение коротких импульсов больше, чем длинных. Критерием длительности служит время прохождения среды.

Исследована возможность диагностики изменения содержания глюкозы в пределах физиологического диапазона (0-500 мг/дл) в 2-мм слое водного раствора интралипида-2%, моделирующего по оптическим параметрам кожу человека в целом, с помощью сверхкоротких лазерных импульсов с центральной длиной волны в ближней ИК-области (820 нм). Наиболее чувствительным параметром импульсов к изменениям содержания глюкозы является энергия (площадь под временным профилем) импульса, линейно зависящая от концентрации глюкозы, причем детекторы с большей числовой апертурой являются более эффективными. В случае трехслойного фантома кожи абсолютная чувствительность энергии импульса в несколько раз превосходит абсолютную чувствительность пиковой интенсивности (0.40 против 0.06). Относительная чувствительность как пиковой интенсивности, так и энергии импульса близки друг к другу (5-25%).

Разработана методика определения размеров частиц, наиболее эффективно ослабляющих УФ-излучение [122]. Они соответствуют максимумам зависимости относительного фактора эффективности ослабления, отнесенного к диаметру (кривая ослабления), от размера частицы. Фотозащитный препарат, обеспечивающий наиболее эффективное ослабление излучения всего УФ-В диапазона спектра, должен содержать смесь наночастиц с диаметрами в диапазоне 50-120 нм. Максимум распределения должен быть сдвинут к размерам порядка 60 нм. Использование 800-нм излучения предпочтительнее 400-нм для восстановления глубинного профиля рогового слоя.

В заключение хотелось бы выразить глубокую благодарность моему научному руководителю Александру Васильевичу Приезжеву за постановку задачи, научные дискуссии, чуткое руководство моими исследованиями. Всех сотрудников, аспирантов и студентов лаборатории 2-15 благодарю за создание теплой дружеской атмосферы при выполнении работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Попов, Алексей Петрович, 2006 год

1. В.В. Тучин, Лазеры и волоконная оптика в биомедицинских исследованиях, Изд-во Саратовского университета, Саратов (1998).

2. Selected papers on tissue optics: applications in medical diagnostics and therapy, V.V. Tuchin, ed., SPIE MSI02 (1994).

3. S. Andersson-Engels, R. Berg, S. Svanberg, and O. Jarlman, "Time-resolved transillumination for medical diagnostics", Opt. Lett. 15, 1178-1181 (1990).

4. B.B. Das, F. Liu, and R.R. Alfano, "Time-resolved fluorescence and photon migration studies in biomedical and random media", Rep. Prog. Phys. 60, 227292 (1993).

5. И.Н. Минин, Теория переноса излучения в атмосфере планет, Наука, Москва (1988).

6. L.G. Henyey and J.L. Greenstein, "Diffuse radiation in the galaxy", Astrophys. J. 93, 70-83 (1941).

7. L.O. Reynolds and N.J. McCormick, "Approximate two-parameter phase function for light scattering", JOSA 70, 1206-1212 (1980).

8. G. Mie, "Beitrage zur Optik triiber Medien, speziell kolloidaler Metallosungen", Ann. Phys. Leipzig 25, 377-445 (1908).

9. J.H. Joseph, W.J. Wiscombe, and J.A. Weinman, "The 5-Eddington approximation of radiative flux transfer", J. Atm. Sci. 33, 2452-2459 (1976).

10. M.S. Patterson, B. Chance, and B.C. Wilson, "Time-resolved reflectance and transmission for the noninvasive measurement of tissue optical properties", Appl. Opt. 28,2331-2336 (1989).

11. A. Kienle, M.S. Patterson, L. Ott, and R. Steiner, "Determination of the scattering coefficient and the anisotropy factor from laser Doppler spectra of liquids including blood", Appl. Opt. 35, 3404-3412 (1996).

12. А. Исимару, Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, Мир, Москва (1981).

13. V.M. Podgaetsky, S.A. Tereshchenko, A.V. Smirnov, and N.S. Vorob'ev, "Bimodal temporal distribution of photons in ultrashort laser pulse passed through a turbid medium", Opt. Comm. 180,217-223 (2000).

14. Z. Guo and S. Kumar, "Discrete-ordinates solution of short-pulsed laser transport in two-dimensional turbid media", Appl. Opt. 40, 3156-3163 (2001).

15. K.M. Yoo and R.R. Alfano, "Time-resolved coherent and incoherent components of the forward light scattering in random media", Opt. Lett. 15, 320-322(1990).

16. R. Berg, S. Andersson-Engels, and S. Svanberg, "Time-resolved transillumination imaging", in: Medical Optical Tomography: Functional Imaging and Monitoring, G. Miiller et al., eds., SPIE IS 11, 397-424 (1993).

17. K.M. Yoo, F. Liu, and R.R. Alfano, "When does the diffusion approximation fail to describe photon transport in random media?", Phys. Rev. Lett. 64, 2647 (1990).

18. S.L. Jacques, "Time-resolved reflectance spectroscopy in turbid tissues", IEEE Trans. Biomed. Eng. 36, 1155-1161 (1989).

19. Б.П. Демидович, И.А. Марон, Основы вычислительной математики, Наука, Москва (1963).

20. Z. Guo, J. Aber, В.A. Garetz, and S. Kumar, "Monte Carlo simulation and experiments of pulsed radiative transfer", J. Quant. Spectr. & Rad. Trans. 73, 159-168 (2002).

21. B.B. Лопатин, A.B. Приезжев, B.B. Федосеев, "Численное моделирование процесса распространения и рассеяния света в мутных биологических средах", Биомед. радиоэлектроника 7, 29-41 (2000).

22. V.G. Kolinko, A.V. Priezzhev, and F.F.M. de Mul, "Monte-Carlo simulations of transit time dependence of Doppler spectra in dynamic time-resolved tomography", Proc. SPIE 2925, 160-168 (1996).

23. T.L. Troy and S.N. Thennandil, "Optical properties of human skin in the near infrared wavelength range of 1000 to 2200 nm", J. Biomed. Opt. 6, 167-176 (2001).

24. И.В. Меглинский, "Моделирование спектров отражения оптического излучения от случайно-неоднородных многослойных сильнорассеивающих и поглощающих свет сред методом Монте-Карло", Квантовая электроника 31, 1101-1107 (2001).

25. С.Е. Скипетров, С.С. Чесноков, "Анализ методом Монте-Карло применимости диффузионного приближения для анализа динамического многократного рассеяния света в случайно-неоднородных средах", Квантовая электроника 25, 753-757 (1998).

26. A. Roggan, F. Friebel, К. Dorschel, A. Hahn, and G. Muller, "Optical properties of circulating human blood in the wavelength range 400-2500 nm", J. Biomed. Opt. 4, 36-46 (1999).

27. Д.В. Кудинов, A.B. Приезжев, "Численное моделирование рассеяния света в мутной среде с движущимися частицами применительно к задаче оптической медицинской томографии", ВМУ, Серия 3,3, 30-35 (1998).

28. А.Р. Popov, A.V. Priezzhev, and R. Myllyla, "Effect of spectral width on short laser pulses propagation through upper layers of human skin: Monte Carlo simulations", Proc. SPIE 5319, 224-230 (2004).

29. L. Wang and S. Jacques, "Error estimation of measuring total interaction coefficients of turbid media using collimated light transmission", Phys. Med. Biol. 39, 2349-2354 (1994).

30. А.А. Карабутов, И.М. Пеливанов, Н.Б. Подымова, С.Е. Скипетров, "Измерение оптических характеристик рассеивающих сред лазерным оптико-акустическим методом", Квантовая электроника 29, 215-220 (1999).

31. American Diabetes Association, "Economic consequences of diabetes mellitus in the U.S.", Diabetes Care 21, 296-309 (1998).

32. J. Kost, S. Mitragotri, R.A. Gabbay, M. Pishko, and R. Langer, "Transdermal monitoring of glucose and other analytes using ultrasound", Nat. Med. 6, 34750 (2000).

33. G. Cote, "Noninvasive optical glucose sensing an overview", J. Clin. Eng. 22, 253-259(1997).

34. S. Pan, H. Chung, and M.A. Arnold, "Near-infrared spectroscopic measurement of physiological glucose levels in variable matrices of protein and triglycerides", Anal. Chem. 68, 1124-1135 (1996).

35. I. Gabriely, R. Wozniak, M. Mevorach, J. Kaplan, Y. Aharon, and H. Shamoon, "Transcutaneous glucose measurement using near-infrared spectroscopy during hypoglycaemia", Diabetes Care 22, 2026-2032 (1999).

36. M.R. Robinson, R.P. Eaton, D.M. Haaland, G.W. Koepp, E.V. Thomas, B.R. Stallard, and P.L. Robinson, "Noninvasive glucose monitoring in diabetic patients: a preliminary evaluation", Clin. Chem. 38, 1618-1622 (1992).

37. J.S. Maier, S.A. Walker, S. Fantini, M.A. Franceschini, and E. Gratton, "Possible correlation between blood glucose concentration and the reduced scattering coefficient of tissues in the near infrared", Opt. Lett. 19, 2062-2064 (1994).

38. B. Rabinovitch, W.F. March, and R.L. Adams, "Noninvasive glucose monitoring of the aqueous humor of the eye: Part I. Measurement of very small optical rotations", Diabetes Care 5, 254-258 (1982).

39. G.L. Cote, M.D. Fox, and R.B. Northrup, "Noninvasive optical polarimetric glucose sensing using a true phase measurement technique", IEEE Trans. Biomed. Eng. 39, 752-756 (1992).

40. M. Goetz, G.L. Cote, R. Erckens, W. March, and M. Motamedi, "Application of a multivariate technique to Raman spectra for quantification of body chemicals", IEEE Trans. Biomed. Eng. 42, 728-731 (1995).

41. H. A. MacKenzie, H.S. Aston, S. Spiers, Y. Shen, S.S. Freeborn, J. Hannigan, J. Lindberg, and P. Rae, "Advances in photoacoustic non-invasive glucose testing", Clin. Chem. 45, 1587-1595 (1999).

42. M. Kinnunen and R. Myllyla, "Effect of glucose on photoacoustic signals at the wavelengths of 1064 and 532 nm in pig blood and intralipid", J. Phys. D: Appl. Phys. 38, 2654-2661 (2005).

43. E. Alarousu, J. Hast, M. Kinnunen, M. Kirillin, R. Myllyla, J. Plucinski, A. Popov, A.V. Priezzhev, T. Prykari, J. Saarela, and Z. Zhao, "Noninvasive glucose sensing in scattering media using OCT, PAS and TOF techniques", Proc. SPIE 5474, 33-41 (2004).

44. K.V. Larin, M. Motamedi, T.V. Ashitkov, and R.O. Esenaliev, "Specificity of blood glucose sensing using optical coherence tomography technique: a pilot study", Phis. Med. Biol. 48, 1371-1390 (2003).

45. M. Kinnunen, A.P. Popov, J. Plucinski, R. Myllyla, and A.V. Priezzhev, "Measurements of glucose content in scattering media with time of flight technique; comparison with Monte Carlo simulations", Proc. SPIE 5474, 181191 (2004).

46. I. Riemann, E. Dimitrov, P. Fischer, A. Reif, M. Kaatz, P. Eisner, and K. Konig, "High-resolution multiphoton tomography of human skin in vivo and in vitro", Proc. SPIE 5463, 21-28 (2004).

47. R. Weast, ed., Handbook of Chemistry and Physics, CRC Press, Cleveland (1978).

48. The Merck Index, Merck, Rahway (1976).

49. H.J. van Staveren, C.J.M. Moes, J. van Marie, S.A. Prahl, and M.J.C. van Gemert, "Light scattering in Intralipid-10% in the wavelength range of 4001000 nm", Appl. Opt. 30, 45-4514 (1991).

50. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, and R. Myllyla, "Glucose contents monitoring with time-of-flight technique in aqueous Intralipid solution imitating human skin: Monte Carlo simulation", Proc. SPIE 5862, 251-254 (2005).

51. M. Kohl, M. Essenpreis, and M. Cope, "The influence of glucose concentration upon the transport of light in tissue-simulating phantoms", Phys. Med. Biol. 40, 1267-1287 (1995).

52. M. Tarumi, M. Shimada, T. Murakami, M. Tamura, M. Shimada, II. Arimoto, and Y. Yamada, "Simulation study of in vitro glucose measurement by NIR spectroscopy and a method of error reduction", Phys. Med. Biol. 48, 2373-2390 (2003).

53. И.М. Соболь, Численные методы Монте-Карло, Москва, Наука (1973).

54. A.P. Popov and A.V. Priezzhev, "Laser pulse propagation in turbid media: Monte Carlo simulation and comparison with experiment", Proc. SPIE 5068, 299-308 (2003).

55. А.П. Попов, A.B. Приезжее, P. Мюллюля, "Влияние концентрации глюкозы в модельной светорассеивающей суспензии на характер распространения в ней сверхкоротких лазерных импульсов", Квантовая электроника 35, 1075-1078 (2005).

56. Д.А. Зимняков, В.В. Тучин, "Оптическая томография тканей", Квантовая электроника 32, 849 (2002).

57. A. Popov, A. Priezzhev, and R. Myllyla, "Time-resolved Monte Carlo simulation of photon migration in tissue phantom in relation to glucose sensing", Proc. SPIE 6257, 288-292 (2006).

58. A.V. Bykov, A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Hast, and R. Myllyla, "Feasibility of glucose sensing by time- and spatial-resolved detection: Monte Carlo simulations of diffuse reflection in a 3-layer skin model", Proc. SPIE 6094, 2632 (2006).

59. V.V. Tuchin, Selected Papers on Tissue Optics: Applications in Medical Diagnostics and Therapy, SPIE Press, Bellingham (1995).

60. V.V. Tuchin, Tissue Optics, SPIE Press, Bellingham (2000).

61. V.V. Tuchin, Handbook of Optical Biomedical Diagnostics, SPIE Press, Bellingham (2002).

62. U. Jacobi, H.-J. Weigmann, M. Baumann, A.-I. Reiche, W. Sterry, and J. Lademann, "Lateral spreading of topically applied UV filter substances investigated by tape stripping", Skin Pharmacol. Physiol. 17, 17-22 (2000).

63. B. Innes, T. Tsuzuki, H. Dawkins, J. Dunlop, G. Trotter, M.R. Nearn, and P.G. McCormick, "Nanotechnology and the cosmetic chemist", Cosmetics, Aerosols and Toiletries in Australia 15, 10-12, 21-24 (2002).

64. A.F. McKinlay and B.L. Diffey, "A reference action spectrum for ultraviolet induced erythema in human skin", CIEJ. 6, 17-22 (1987).

65. B.L. Diffey, "Solar ultraviolet radiation effects on biological systems", Phys. Med. Biol. 36, 299-328 (1991).

66. B. Diffey, "Climate change, ozone depletion and the impact on ultraviolet exposure of human", Phys. Med. Biol. 49, Rl-Rl 1 (2004).

67. W.G. Warner, J.J. Yin, and R.R. Wei, "Oxidative damage to nucleic acids photosensitized by titanium dioxide", Free Rad. Biol. Med. 851-858 (1997).

68. J. Lademann, H.-J. Weigmann, H. Schaefer, G. Mueller, and W. Steriy, "Investigation of the stability of coated titanium microparticles used in sunscreens", Skin Pharmacol. App. Skin Physiol. 13, 258-264 (2000).

69. P.P. Ahonen, J. Joutensaari, О. Richard, U. Tapper, D. Brown, J. Jokiniemi, and E. Kauppinen, "Mobility size development and the crystallization path during aerosol decomposition synthesis of Ti02 particles", J. Aerosol. Sci. 32, 615-630 (2001).

70. U. Jacobi, M. Chen, G. Frankowski, R. Sinkgraven, M. Hund, B. Rzany, W. Sterry, and J. Lademann, "In vivo determination of skin surface topography using an optical 3D device", Skin Res. Technol. 10,207-214 (2004).

71. N. Otberg, II. Richter, H. Schaefer, U. Blume-Peytavi, W. Sterry, and J. Lademann, "Variations of hair follicle size and distribution in different body sites", J. Invest. Dermatol. 122, 14-19 (2004).

72. L. Ferrero, M. Pissavini, and L. Zastrow, "Spectroscopy of sunscreen products", Proc. European UV Sunfilters Conference (Paris, France), 52-64 (1999).

73. R.B. Setlow, E. Grist, K. Thompson, and A.D. Woodhead, "Wavelengths effective in induction of malignant melanoma", Proc. Nat. Acad. Sci. 90, 6666-6670(1993).

74. U. Lindemann, K. Wilken, H.-J. Weigmann, H. Schaefer, W. Sterry, and J. Lademann, "Quantification of the horny layer using tape stripping and microscopic techniques", J. Biomed. Opt. 8, 601-607 (2003).

75. Colipa SPF Test Method, COLIPA, European Cosmetic, Toiletry and Perfumery Association, 94/289 (1994).

76. J. Lademann, A. Rudolph, U. Jacobi, H.-J. Weigmann, H. Schafer, W. Sterry, and M. Meinke, "Influence of nonhomogeneous distribution of topicallyapplied UV filters on sun protection factors", J. Biomed. Opt. 9, 1358-1362 (2004).

77. U. Jacobi, N. Meykadeh, W. Sterry, and J. Lademann, "Effect of the vehicle on the amount of stratum corneum removed by tape stripping", J. Dt. Dermatol. Gesell. 1, 884-889 (2003).

78. J. Lademann, H. Richter, N. Otberg, F. Lawrenz, U. Blume-Peytavi, and W. Sterry, "Application of a dermatological laser scanning confocal microscope for investigation in skin physiology", Laser Phys. 13, 756-760 (2003).

79. J. Lademann, A. Knuttel, H. Richter, N. Otberg, R. v. Pelchrzim, H. Audring, H. Meffert, W. Sterry, and K. Hoffmann, "Application of optical coherent tomography for skin diagnostics", Laser Phys. 15, 288-294 (2005).

80. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Lademann, and R. Myllyla, "Ti02 nanoparticles as effective UV-B radiation skin-protective compound in sunscreens", J. Phys. D: Appl. Phys. 38, 2564-2570 (2005).

81. А.П. Попов, A.B. Приезжев, IO. Ладеман, P. Мюллюля, "Влияние нанометровых частиц оксида титана на защитные свойства кожи в УФ-диапазоне", Оптический журнал 73, 67-71 (2006).

82. С.А. Gueymard, D. Myers, and К. Emery, "Proposed reference irradiance spectra for solar energy systems testing", Solar Energy 73,443-467 (2002).

83. R.B. Setlow, "The wavelengths in sunlight effective in producing skin cancer: a theoretical analysis", Proc. Nat. Acad. Sci. USA 71, 3363-3366 (1974).94. http://pauli.nmsu.edu/~amiller/

84. M.W. Ribarsky, "Titanium dioxide (Ti02) (rutile)", in Handbook of Optical Constants of Solids, E.D. Palik, ed., 795-804, Academic Press, Orlando (1985).

85. Г. ван де Хюлст, Рассеяние света малыми частицами, Изд-во иностранной литературы, Москва (1961).

86. L.E. McNeil and R.H. French, "Multiple scattering from rutile Ti02 particles", Acta Mater. 48,4571-4576 (2000).

87. M.J.C. van Gemert, S.L. Jacques, H.J.C.M. Sterenborg, and V.M. Star, "Skin optics", IEEE Trans. Biomed. Eng. 36, 1146-1154 (1989).

88. J. Lademann, S. Schanzer, U. Jacobi, H. Schaefer, F. Pfliicker, H. Driller, J. Beck, M. Meinke, A. Roggan, and W. Sterry, "Synergy effects between organic and inorganic UV filters in sunscreens", J. Biomed. Opt. 10, 014008 (2005).

89. I.V. Meglinskii and S.J. Matcher, "Quantitative assessment of skin layers absorption and skin reflectance spectra simulation in visible and near-infrared spectral region", Physiol. Meas. 23, 741-753 (2002).

90. E. Bordenave, E. Abraham, G. Jonusauskas, N. Tsurumach, J. Oberle, C. Rulliere, P.E. Minot, M. Lassegues, and J.E. Surleve Bazeille, "Wide-field optical coherence tomography: imaging of biological tissues", Appl. Opt. 41, 2059-2064 (2002).

91. P.J. Caspers, G.W. Lucassen, and G.J. Pupplels, "Combined in vivo confocal Raman spectroscopy and confocal microscopy of human skin", Biophys. J. 85, 572-580 (2003).

92. J. Lademann, U. Jacobi, H. Richter, N. Otberg, H.-J. Weigmann, H. Meffert, H. Schaefer, U. Blueme-Peytavi, and W. Sterry, "/« vivo determination of UV-photons entering into human skin", Laser Phys. 14, 234-237 (2004).

93. H. Schaefer and T. Redelmeier, Skin Barrier: Principles of Percutaneous Absorption, Karger, Basel (1996).

94. W.A.G. Bruls and J.C. van der Leun, "Forward scattering properties of human epidermal layers", Photochem. Photobiol. 40, 231-242 (1984).

95. E.D. Cashwell and C.J. Everett, A Practical Manual on the Monte Carlo Methodfor Random Walk Problems, Pergamon Press, New York (1959).

96. Ю.П. Синичкин, C.P. Утц, In vivo отражательная и флуоресцентная спектроскопия кожи человека, Изд-во Саратовского университета, Саратов (2001).

97. J.R. Murant, J.P. Freyer, А.Н. Hielscher, A.A. Eick, D. Shen, and Т.М. Johnson, "Mechanisms of light scattering from biological cells relevant to noninvasive optical-tissue diagnostics", Opt. 37, 3586-3593 (1998).

98. S.L. Jacques, C.A. Alter, and S.A. Prahl, "Angular dependence of HeNe Laser light scattering by human dermis", Las. Life Sci. 1, 309-333 (1987).

99. D. Fried, R.E. Glena, J.D.B. Featherstone, and W. Seka, "Nature of light scattering in dental enamel and dentin at visible and near-infrared wavelengths", Appl. Opt. 34, 1278-1285 (1995).

100. A. Kienle, F.K. Forster, and R. Hibst, "Influence of the phase function on determination of the optical properties of biological tissue by spatially resolved reflectance", Opt. Lett. 26, 1571-1573 (2001).

101. A.P. Popov, J. Lademann, A.V. Priezzhev, and R. Myllyla, "Effect of size of Ti02 nanoparticles embedded into stratum corneum on ultraviolet-A and ultraviolet-B sun-blocking properties of the skin", J. Biomed. Opt. 10, 064037 (2005).

102. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, and J. Lademann, "Control of optical properties of human skin by embedding light scattering nanoparticles", Proc. SPIE 5850, 286-293 (2005).

103. A. Popov, A. Priezzhev, and J. Lademann, "Manipulation of optical properties of human skin by light scattering particles of titanium dioxide", Proc. SPIE 5578, 269-277 (2004).

104. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Lademann, and R. Myllyla, "Efficiency of Ti02 nanoparticles of different sizes as UVB light skin-protective fraction in sunscreens", Proc. SPIE 5111, 336-343 (2005).

105. U. Jacobi, H.-J. Weigmann, J. Ulrich, W. Sterry, and J. Lademann, "Estimation of the stratum corneum amount removed by tape stripping", Skin Res. Technol. 11,91-96 (2005).

106. U. Jacobi, M. Kaiser, H. Richter, H. Audring, W. Sterry, and J. Lademann, "The number of stratum corneum cell layers correlates with the pseudo-absorption of the corneocytes", Skin Pharmacol. Physiol. 18, 175-179 (2005).

107. A.P. Popov, A.V. Priezzhev, J. Lademann, andR. Myllyla, "Advantages of NIR radiation use for optical determination of skin horny layer thickness with embedded ТЮ2 nanoparticles during tape stripping procedure", Laser Physics 16, .(2006).

108. А.П. Попов, A.B. Приезжев, Методика расчета эффективности защитных свойств наночастиц при облучении материалов и биотканей светом в УФА и УФ-В диапазонах, ГСССД MP 120-06. Деп. в ФГУП "Стандартинформ" 03.03.2006 г., 36 е., № 814а-06 кк.