Characterization of optical properties of biological tissues

Abstract

IV ABSTRACT CHARACTERIZATION OF OPTICAL PROPERTIES OF BIOLOGICAL TISSUES Medical laser applications require knowledge about the optical properties of target tissue. In this study, a measurement setup was designed and established in order to investigate optical properties of biological tissues. Optical properties of lamb brain, liver, and heart tissues were investigated in vitro at 632.8-nm (He-Ne laser). For the aim of determining optical properties; diffused reflectance, total reflectance, diffused transmittance, and total transmittance were measured by using single inte grating sphere technique. The data obtained from experiments were used to calculate absorbtion and scattering coefficients, albedo and anisotropy factors of the tissues. Lambert-Beer's law and Inverse Adding-Doubling Method were used to calculate the coefficients and factors, and results were compared with ones in literature. Results obtained by Lambert-Beer's law were limited, but Inverse Adding-Doubling Method gives complete coefficients and factors, and they were close to literature values. Both of the calculation procedures were modelled in this study, and outputs were used in a Monte-Carlo Simulation that shows the propagation of light in tissue. Keywords: Laser- Tissue Interaction, 632.8-nm, Optical Properties, Single In tegrating Sphere.

ÖZET BİYOLOJİK DOKULARIN OPTİK ÖZELLİKLERİNİN İNCELENMESİ Tıbbi laser uygulamaları hedef dokunun optik özellikleri hakkında bilgiye ihtiyaç duymaktadır. Bu çalışmada optik özellikleri ölçmek amacıyla bir deney düzeneği tasarlanmış ve oluşturulmuştur. Bu deney düzeneği kullanılarak koyun beyin, karaciğer ve kalbinin 632.8-nm deki optik özellikleri laboratuvar ortamında araştırılmıştır. Op tik özelliklerin hesaplanabilmesi amacıyla dokuların dağınık geri yansıyan, toplam geri yansıyan, dağınık iletilen ve toplam iletilen ışık şiddetleri tek toplayıcı küre tekniği kullanılarak ölçülmüştür. Elde edilen deneysel bilgi soğurulma ve saçılma kat sayılarını, albedo ve anisotropi faktörlerini hesaplamakta kullanılmıştır. Bu hesaplama için Lambert-Beer ve Inverse Adding-Doubling metodları kullanılmış, sonuçlar lit eratürdeki değerler ile karşılaştırılmıştır. Lambert-Beer metodunun verdiği sonuçların kısıtlı olmasına karşın Inverse Adding-Doubling metodu ile önceden kayıtlara geçmiş değerlere çok yakın sonuçlar elde edilmiş ve her iki metodun hesaplama prosedürü mod- ellenmiştir. Model sonuçları ışığın doku içindeki yayılışını gösteren bir Monte-Carlo simulasyonunda kullanılmıştır. Anahtar Kelimeler: Laser-Doku Etkileşimi, 632.8-nm, Optik Özellikler, Tek Toplayıcı Küre.