Optiskā starojuma izplatības modelēšana veselā un patoloģiskā ādā

Abstract

Šajā darbā tika izmantotas montekarlo un hromoforu kartēšanas metodes, lai novērtētu iespēju ar to palīdzību izšķirt pigmentētas labdabīgas no onkoloģiskām cilvēka ādas patoloģijām. Pētījumā kopumā tika izmantots gaismas optiskā spektra diapazons robežās no 450 nm līdz 950 nm. Tika veikta literatūras izpēte saistībā ar ādas patoloģiju struktūru un īpatnībām, hromoforu kartēšanas metodi un montekarlo simulāciju metodi. Tika izveidota programmatūra montekarlo simulāciju veikšanai un hromoforu kartēšanai. Balstoties uz literatūras datiem, tika izveidots ādas modelis montekarlo simulāciju veikšanai, un veiktas optisko parametru manipulācijas programmas ievadē, lai gūtu informāciju par katra parametra ietekmi uz rezultējošo absorbcijas spektru. Veikta 50 dažādu ādas patoloģiju multispektrālo attēlu analīze ar izveidoto hromoforu kartēšanas algoritmu. Piedāvāts izšķirt pigmentētas labdabīgas no onkoloģiskām ādas patoloģijām ar inversās montekarlo metodes palīdzību, kā arī izmantojot divu dažādu izšķiršanas indeksu vērtību sadalījumu pēc hromoforu karšu analīzes. Darba rezultāti parāda, ka šīs abas metodes ir noderīgas ādas pigmentēto pataloģiju izšķiršanai.

This research looked at the possibility to differentiate benign and malignant human skin pathologies by the use of Monte Carlo simulations and chromophore mapping. The spectral range used was 450 nm – 950 nm. Literature review was conducted to gain a better understanding about the structure and properties of different human skin pathologies. Literature on the mapping of skin chromophores and the use of Monte Carlo method was also reviewed. Algorithms for conducting Monte Carlo simulations and the mapping of skin chromophores were created. Based on existing literature, a skin model for Monte Carlo simulations was created to study the effect that different optical properties leave to the resulting simulated absorption spectra. 50 different skin pathologies were analyzed with the created chromophore mapping algorithm. To differentiate benign and malignant skin pathologies, an inverse Monte Carlo approach was proposed, and two different coefficients that use the resulting data of the mapping of skin chromophores were proposed. The results of this research show the possibility to differentiate benign and malignant human skin pathologies by the use of Monte Carlo simulations and chromophore mapping.