Предложен метод обнаружения, наблюдения и оценки физических неоднородностей в материалах, объединяющий метод регистрации неоднородностей в показателе преломления по рассеянному ими свету и метод обнаружения неоднородностей в материалах по их поглощению и/или дополнительному тепловому излучению при нагреве лазерным излучением с использованием тепловизионного прибора ИК-диапазона. Предложена реализующая этот метод установка. Анализируется методика лазернотепловизионной неразрушающей бесконтактной дефектоскопии прозрачных материалов для контроля малоразмерных дефектов ИК-оптики и особо чистых полупроводников. Она может быть использована для выявления участков с повышенной концентрацией малоразмерных дефектов структуры материала и примесей, в том числе и так называемых кластерных образований. Причём во многих случаях возможно выявление скоплений электрически нейтральных примесей, в принципе не выявляемых традиционно применяемыми электрофизическими методами.
Целью исследования являлось разработать трехмерную модель формы здоровых эритроцитов и патологических стоматоцитов в плазме в интересах моделирования воздействия лазерного изучения на эритроцит и получения оптоакустического отклика от одиночных эритроцитов. Используя сферические гармоники для параметризации морфологии клеток для симметричных и несимметричных объектов в работе проведено моделирование форм здоровых эритроцитов – дискоцитов и патологических форм стоматоцитов. С помощью параметрической модели на примере трехмерных фигур эритроцитов проведено моделирование формируемых акустических сигналов от эритроцитов при оптоакустическом эффекте. Рассчитан акустический сигнал от моделей двояковогнутого эритроцита и стоматоцита для определения формы эритроцитов с помощью оптоакустического метода для лазера ND: YAG с длинной волны 1064 нм. Полученные сигналы имеют различные формы и длительности, что позволяет характеризовать формы источников акустических сигналов, формируемых в результате оптоакустического преобразования. Анализ теоретически полученных акустических сигналов позволяет сделать вывод о применимости регистрации форм эритроцитов с помощью оптоакустического метода.
Целью исследования являлось провести экспериментальные исследования лазерного возбуждения акустического сигнала в натрий-фосфатном растворе с полистирольными дисками как моделями эритроцитов, для установления моделируемого уровня гематокрита. Получен экспериментально акустический сигнал от моделей двояковогнутых эритроцитов в натрий-фосфатном растворе с помощью оптоакустического метода от лазера ND: YAG для различных концентраций. Акустические сигналы, формируемые в результате оптоакустического преобразования, имеют различные амплитуды, фор-мы и длительности. Анализ полученных экспериментально акустических сигналов позволяет сделать вывод о применимости метода для определения уровня гемато-крита на примере модельных полистирольных эритроцитов.
Работа посвящена разработке программного комплекса для реализации промышленной технологии селективного лазерного сплавления. Разработанный программный комплекс позволяет решать задачи организации эффективного производственного цикла исследования и изготовления технически сложных изделий аэрокосмической, медицинской и машиностроительной отраслей промышленности, производство которых требует высокого уровня технической оснащённости производства, больших расходов, высокой точности изготовления. В работе представлена краткая характеристика и общий алгоритм работы нескольких программных модулей, входящих в состав программного обеспечения установки селективного лазерного сплавления МЛ6. Продемонстрированы практические результаты их применения.
Использование оптического контраста между различными частицами крови, позволяет использовать оптоакустический метод для визуализации распределения частиц крови (эритроцитов, с учетом кислородонасыщения), доставки лекарственных препаратов в органы по кровеносным сосудам. Разработан алгоритм вычисления ультразвукового поля, полученного в результате оптоакустического взаимодействия, для ускорения расчетов на плате GPU. Предложена архитектура быстрого восстановления оптоакустического сигнала на основе программирования графического процессора (GPU). Используемый алгоритм в сочетании с методом предварительной миграции обеспечивает улучшение разрешения и резкости оптоакустического изображения моделируемых биологических тканей. Благодаря усовершенствованной вычислительной архитектуре на графическом процессоре (GPU) время затратный процесс вычислений на главном процессоре (CPU) ускоряется с большой вычислительной эффективностью.
Оптоакустическая визуализация позволяет обнаруживать сформированные ультра-звуковые волны в исследуемой среде при поглощении импульсного лазерного излучения на основе оптоакустического эффекта. Этот метод объединяет достоинства спек-трального оптического контраста и масштабируемого акустического разрешения на глубине от миллиметра до сантиметра и постепенно становится практическим инструментом для многих биомедицинских приложений. Оптоакустическая визуализация – это гибридный неинвазивный метод. В последние годы восстановлению опто-акустических изображений уделяется большое внимание, в частности, разрабатываются различные методы реконструкции, такие как обратная проекция, реконструкция в частотной области, обращение времени и реконструкции на основе моделей. Хотя эти методы основаны на различных теориях распространения, они имеют относительно простые реализации при восстановлении изображений в однородных средах. Однако в случаях неоднородных слоистых сред, существующие модели распространения необходимо модифицировать для учета различных акустических эффектов на границе раздела слоев, что усложняет процесс реконструкции. Для устранения искажений, вызванных дифракцией акустических волн, при реконструкции изображений используется метод перемещения виртуального детектора. Предложенный метод можно использовать для получения изображений в слоистых неоднородных средах.
В работе рассмотрены вопросы лазерного плазмохимического травления материалов электронной техники на примере разделения пластин алмаза и сапфира на кристаллы. В основе разработанного метода лежит физическое явление – оптический пробой в специально подобранных газовых средах, в которых поджигается плазма и производится плазмохимическое травление материалов подложек (пластин) с образованием летучих продуктов химических реакций и их эвакуацией с помощью вакуумной системы. Работы проводились в диапазоне рабочих давлений 110-3–110-1 Торр. В качестве рабочих сред использовались фторидные системы: (SF6 + O2; CClF3 + O2; F2 и т. д.), чистый кислород (О2) и водород (Н2). Обе системы – фторидная и кислородная «работают» хорошо для алмаза. Водородная система предпочтительна для сапфира.
Для оптоакустического отклика проведены расчеты коэффициента поглощения биологической среды в зависимости от концентрации гемоглобина и сатурации крови. Приведенный метод позволит проведение диагностики состава крови на предмет количественной оценки содержания гемоглобина. Проводимые исследования позволили установить процесс увеличения коэффициента поглощения среды при увеличении концентрации глюкозы в крови и, как следствие, уменьшение амплитуды ОА сигнала. Рассчитана зависимость амплитуды ОА сигнала от коэффициента поглощения ткани при уровнях сатурации крови 60 %, 80 % и 90 %.
Оптоакустический метод диагностики биологических тканей можно использовать для определения концентрации гемоглобина, глюкозы, гематокрита, в силу того, что он имеет высокое пространственное разрешение. Проведены измерения акустического сигнала in vitro в свиной крови и модельных биологических жидкостях в присутствии полистирольных микросфер как моделей эритроцитов. С помощью приведенного метода (in vitro) измеряли локальное состояние крови в присутствии концентрации гепарина, а также в модельных биологических средах. Результаты согласуются с опубликованными работами в этой области. Несмотря на то, что пока метод не достаточно точен и требует дальнейшей оптимизации, калибровки, он имеет большие перспективы как легко реализуемый неивазивный метод измерения в реальном времени.
Проведено моделирование формирования оптоакустического сигнала при распространении в образце жидкости содержащей неоднородные слои. Слоистая структура представлена в виде n слоев в которых происходит формирование акустического сигнала в результате оптоакустического эффекта. Полученные значения акустических давлений в слоях на основе разработанной нейронной сети с глубоким обучением позволяют восстановить изображения ткани, в которой происходило оптоакустическое взаимодействие. Используемая нейронная сеть с глубоким обучением обладает уникальными преимуществами, которые могут облегчить клиническое применение оптоакустического метода, снизить время вычислений и адаптировать к любой конкретной задаче.
Экспериментально показана возможность модернизации аналоговых приборов с помощью контроллера Arduino Uno, на примере измерителя ИЛД-2М, который был апробирован в установке для измерения влияния плотности энергии импульсного лазерного излучения с длиной волны = 355 нм на коэффициент отражения различных материалов. Для калибровки использовался измеритель энергии лазерного излучения NOVA II, с помощью которого был найден коэффициент соответствия между энергией измеренной NOVA II и напряжением на выходе ИЛД-2М. Обозначены основные
проблемы, оказавшие влияние на необходимость усовершенствования аналогового оборудования. Модернизация позволила провести обработку результатов эксперимента с помощью современных компьютерных технологий.
Рассмотрены методы обработки акустического сигнала полученного при оптоакустическом эффекте в жидкости. Предложена 12-ти слойная сверточная нейронная сеть, обученная путем минимизации потерь среднего квадратного отклонения. Обработан экспериментально полученный акустический сигнал полученный при оптоакустическом эффекте. Рассмотрена схема решения обратной задачи оптоакустической реконструкцией изображений. Результаты исследования показывают, что нейронная сеть с глубоким обучением, с помощью обучения на основе самоконтроля, может достичь более высокой точности реконструкции с меньшими временными.
- 1
- 2