UMO-2011/03/D/ST6/03236

Kierownik projektu: dr Norbert Żołek

Badania związane z projektem mają na celu opracowanie metod i oprogramowania do analizy wieloparametrowych rozkładów prawdopodobieństw związanych z rozkładami czasów przelotu fotonów przez zadane medium. Ocena parametrów opisujących te rozkłady pozwoli na oszacowanie właściwości optycznych mierzonych struktur, badanych z wykorzystaniem spektroskopii bliskiej podczerwieni.

Prawidłowa ocena bezwzględnych wartości makroskopowych właściwości optycznych, struktur optycznie mętnych oraz objętości penetracji, może pozwolić szerzej wykorzystać pomiary oparte na spektroskopii bliskiej podczerwieni także w diagnostyce medycznej. Dotychczasowe badania wykazały możliwości szerokiego zastosowania nieinwazyjnych metod opartych na promieniowaniu z zakresu światła widzialnego i bliskiej podczerwieni do monitorowania np. poziomu utlenowania mózgu.

Niestety, trudności w ocenie bezwzględnych wartości właściwości optycznych i objętości penetracji promieniowania w badanej strukturze uniemożliwiały, dotychczas szersze zastosowanie tych metod w rutynowej praktyce klinicznej. Z uwagi na dużą złożoność rozchodzenia się światła w strukturach tkankowych do analizy wyników pomiarów potrzebne są złożone modele teoretyczne. Jednym z najdokładniejszych jest metoda Monte carlo. Niestety metoda, w celu uzyskania statystycznie wiarygodnych wyników, wymaga dużej mocy obliczeniowej.

Postęp technologiczny, a szczególnie rozwój kart graficznych ogólnego przeznaczenia (General Purpose Graphics Processing Units) oraz bibliotek oprogramowania (CUDA, OpenCL) umożliwiających wykorzystanie tych kart do równoległych obliczeń numerycznych o bardzo dużej złożoności obliczeniowej, pozwala wykorzystać symulacje Monte Carlo transportu światła w tkankach do oceny właściwości optycznych badanego ośrodka.

W ramach projektu Wnioskodawcy planują opracowanie metod analizy sygnałów i rekonstrukcji makroskopowych właściwości optycznych (jak współczynniki rozpraszania i absorpcji oraz współczynnik anizotropii) pochodzących z pomiarów wykorzystujących spektroskopię bliskiej podczerwieni, przy wykorzystaniu wyników symulacji metodą Monte carlo. Opracowane metody zostaną przetestowane i zweryfikowana na wynikach pomiarów na fantomach numerycznych oraz fizycznych (płynowych i stałych) o właściwościach optycznych zbliżonych do właściwości optycznych tkanek.