Теоретические и экспериментальные исследования показали, что, когда "световой зонд" входит перпендикулярно к поверхности тела, то интенсивность обратно рассеянного света зависит от расстояния до точки облучения и от направления выхода. Световое поле, создаваемое обратно рассеянным от тела светом, можно детально охарактеризовать с помощью распределений интенсивности этого света по координатам и по направлениям выхода. В тех случаях, когда структура биоткани тела одинакова во всех направлениях от точки входа светового зонда, световое поле обратно рассеянного света является осесимметричным. И в этих случаях для описания распределений лучше всего использовать полярную систему координат.
Характер зависимости интенсивности обратно рассеянного света от расстояния до точки облучения для таких случаев приблизительно показан на рис. 19.4. Здесь .files/image1803.gif)
– радиус светового зонда, .files/image1805.gif)
– расстояние, на котором интенсивность обратно рассеянного света становится максимальной. Положение максимума зависит от рассеивающих свойств биоткани, от поглощения света в ней, от спектрального состава света.
.files/image1807.gif)
Рис. 19.4. Характер распределения интенсивности рассеянного света от расстояния до точки входа светового зонда
На рис. 19.5, например, показана экспериментально найденная зависимость от расстояния до точки облучения интенсивности зеленого света, обратно рассеянного мягкими тканями руки в направлении, перпендикулярном к поверхности кожи. Вдоль горизонтальной оси здесь отложено расстояние, по вертикальной оси – интенсивность света в относительных единицах. Интервалы между метками соответствуют расстояниям в 0,05 мм. Область в центре экранирована оптическим волокном с оболочкой, внутренний диаметр которого составляет 1 мм. Поэтому на расстояниях от центра, меньших 0,5 мм, отсчеты близки к нулю. Видно, что интенсивность света в этом случае после достижения максимума экспоненциально уменьшается с расстоянием в соответствии с законом Ламберта-Бэра (см. формулу 19.3).
.files/image1809.gif)
Рис. 19.5. Зависимость интенсивности обратно рассеянного зеленого света от расстояния до точки облучения
В каждой точке выхода из тела интенсивность обратно рассеянного света распределена по направлениям выхода. Каждое направление можно задать двумя углами: углом .files/image1811.gif)
между направлением выхода и нормалью к поверхности кожи и азимутальным углом .files/image1813.gif)
, который отсчитывается от луча, проведенного от точки входа светового зонда к точке выхода света.
Распределение интенсивности по углам зависит от расстояния до точки входа светового зонда. Характер распределений в плоскости, проведенной через перпендикуляр к поверхности кожи и радиус-вектор точки выхода, показан на рис. 19.6. Положительные углы отсчитываются от нормали в сторону радиус-вектора, проведенного в точку выхода от точки входа светового зонда.
.files/image1814.gif)
Рис. 19.6. Распределение обратно рассеянного света по углам theta: (а) недалеко от точки входа светового зонда; (б) на средних расстояниях; (в) на значительных расстояниях. Сверху – графики зависимости І( theta ), снизу – индикатриссы рассеяния
Рис. 19.6, а дает картину распределения по углам вблизи от точки входа светового зонда, рис. 19.6, б – на средних расстояниях, а рис. 19.6, в – далеко от точки входа. Во всех случаях ( а, б, в ) сверху приведен график зависимости интенсивности обратно рассеянного света .files/image1816.gif)
, а внизу – диаграмма (индикатрисса) рассеяния. Вблизи от точки входа света в тело картина распределения по углам обычно асимметрична: интенсивность света, выходящего под положительными углами (т.е. от точки входа), значительно больше интенсивности света, выходящего под отрицательными углами. Максимум углового распределения интенсивности смещен в сторону положительных углов . Далеко от точки входа распределение обратно рассеянного света по углам приближается к равномерному, а максимум находится вблизи нормали к поверхности. На средних расстояниях имеет место промежуточная асимметрия.
Характер распределения интенсивности обратно рассеянного телом света по азимуту показан на рис. 19.7. На рис. 19.7, а показана проекция направления обратно рассеянного света на плоскость поверхности тела. Проекция обозначена буквой .files/image1818.gif)
. Там же показано, как отсчитывается азимут . Типичный вид распределения по азимуту на небольших расстояниях от точки входа света показан на рис. 19.7, б. Распределение является неравномерным. Интенсивность света, выходящего из тела в направлении от точки входа света, – наибольшая, а выходящего в обратном направлении, – наименьшая. Типичное распределение интенсивности обратно рассеянного света по азимуту на больших расстояниях от точки входа показано на рис. 19.7, в. Оно приближается к равномерному. На рис. 19.7, б и в сверху приведены графики зависимости .files/image1820.gif)
, а внизу – диаграммы (индикатриссы) рассеяния.
.files/image1821.gif)
Рис. 19.7. Характер распределения интенсивности обратно рассеянного телом света по азимутальным углам: (а) схема отсчета азимута; (б) распределение вблизи от точки входа; (в) распределение далеко от точки входа
На небольших и средних расстояниях от точки входа светового зонда в принципе для каждой точки поверхности тела и каждого направления выхода света из тела можно указать пучок наиболее вероятных траекторий прохождения света внутри тела и определить среднестатистическую длину траектории. На больших расстояниях от точки входа зонда пучок наиболее вероятных траекторий уже трудно выделить, а дисперсия их длины уже приближается к самой длине. Поэтому на больших расстояниях от точки зондирования тела путь, пройденный в теле обратно рассеянным светом, становится неопределенным. Такие расстояния непригодны для спектрофотометрии в обратно рассеянном свете.
