КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 23-72-10095
НазваниеСпектральная интерферометрическая платформа для мультимодальных биомедицинских эндоскопических диагностических систем на основе оптической когерентной томографии и волоконно-оптических датчиков
Руководитель Ушаков Николай Александрович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого" , г Санкт-Петербург
Конкурс №85 - Конкурс 2023 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-301 - Физическая оптика
Ключевые слова спектральная интерферометрия, оптическая когерентная томография, волоконно-оптические датчики, поверхностный плазмонный резонанс, измерение показателя преломления, биомедицинская диагностика
Код ГРНТИ47.35.41, 90.27.37, 90.27.39
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Проект посвящен разработке и реализации прототипов волоконно-оптической мультисенсорной эндоскопической системы с интегрированными зондом системы оптической когерентной томографии (ОКТ) и волоконно-оптическими интерферометрическими датчиками (ВОД), измеряющими температуру, показатель преломления и уровень pH в области введения эндоскопа. Такая система предоставит принципиально новые возможности как для диагностики и профилактики социально значимых заболеваний, так и для получения всеобъемлющей информации во время проведения хирургических операций, отслеживания состояния различных тканей и внутренних органов в период восстановления, проведения научных исследований в области биологии и медицины.
Основными преимуществами предлагаемой системы в отличии от существующих аналогов являются: одновременное измерение ОКТ изображений и различных физических величин в окрестности микроэндоскопа; возможность мультиплексирования нескольких микроэндоскопов при использовании одного опросного устройства для регистрации сигналов; улучшение качества ОКТ изображений за счёт компенсации влияния дисперсии исследуемых тканей без потери быстродействия и других характеристик системы.
При реализации проекта будет использован всесторонний подход, включающий аналитическое описание формирования сигналов ОКТ и ВОД, теоретическое и численное моделирование распространение света в волоконно-оптическом зонде и экспериментальную реализацию прототипа мультисенсорного микроэндоскопа.
Проект затрагивает широкий пласт задач, направленных на улучшение точности измерений проводимых с помощью оптической когерентной томографии, повышение достоверности таких измерений для медицинских работников и миниатюризацию измерительного зонда для возможности проведения малоинвазивных измерений in vivo.
Помимо высочайшей актуальности, результаты выполнения проекта будут обладать выдающейся научной новизной, превосходящей лучшие мировые аналоги. Благодаря комбинации компетенций исследовательского коллектива в области теоретического анализа волоконно-оптических систем, обработки сигналов, методов экспериментальных исследований оптических измерительных систем и понимания практических потребностей потенциальных конечных потребителей разрабатываемых диагностических систем, результаты проекта сформируют фундамент для развития нового поколения мультисенсорных волоконно-оптических систем для биомедицинских и других применений.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Реализованы различные варианты разработанной конструкции ОКТ зонда при помощи сварки подводящего одномодового волокна с фокусирующим выходной пучок многомодовым волокном с параболическим профилем показателя преломления.
Реализован комбинированный волоконно-оптический датчик давления и температуры, использующий спектральный интерферометрический опрос, пригодный для дальнейшей интеграции в зонд оптической когерентной томографии с общим путем. В основе предложенной конструкции чувствительного элемента лежит микросфера, закрепленная на торце подводящего волокна. Наилучшая разрешающая способность измерения давления составила 0,001 Па, что обеспечит возможность измерения слабых изменений механических свойств исследуемых тканей от нормального состояния.
Разработана методика изготовления фантомов биологических тканей, имитирующих оптические и эластические свойства с использованием желатина, альбумина, полимерных и стеклянных микросфер. Проведены первые испытания разрабатываемой системы оптической когерентной томографии/эластографии по визуализации внутренней структуры полученных фантомов.
Помимо запланированных результатов, был разработан метод улучшения продольной пространственной разрешающей способности ОКТ, использующий оценку количества размерности сигнального подпространства ковариационной матрицы сигнала ОКТ и дробное преобразование Фурье. При помощи данного метода была экспериментально исследована внутренняя структура волоконно-оптических линз и сварных соединений одномодовых волокон с многомодовыми.
Публикации
1.
Завалишина Л.Д., Маркварт А.А., Зарипов А.Э., Лиокумович Л.Б., Ушаков Н.А.
Отклик межмодового волоконно-оптического интерферометра на основе отражательной SMSMS-структуры на изменение показателя преломления внешней среды при его спектральном опросе
Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, vol. 84, no. 4, pp. 206–220
(год публикации - 2025)
10.18721/JPM.18415
2.
Завалишина Л.Д., Маркварт А.А., Лиокумович Л.Б., Ушаков Н.А.
Refractive Index Measurement Resolution of the Core-Cladding Intermode Fiber Optic Interferometer with Spectral Interrogation
2024 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2024 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), pp. 468-470 (год публикации - 2024)
10.1109/EExPolytech62224.2024.10755698
3.
Лиокумович Л.Б., Евдокименко Е.Ю., Шевченко Д.В.
Influence of the Bending of the Outer Mirror in the External Fiber Fabry-Perot Interferometer on the Interference Signal Parameters
International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), 2024 International Conference on Electrical Engineering and Photonics (EExPolytech), pp. 439-442 (год публикации - 2024)
10.1109/EExPolytech62224.2024.10755760
4.
Еровенко З.А., Маркварт А.А., Петров А.В., Лиокумович Л.Б., Ушаков Н.А.
Неразрушающий контроль оптических волокон при помощи оптической когерентной томографии
Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки, vol. 84, no. 4, pp. 190–205
(год публикации - 2025)
10.18721/JPM.18414
5.
Маркварт А.А., Завалишина Л.Д., Петров А.В., Лиокумович Л.Б., Ушаков Н.А.
Resolution limits of core-cladding intermodal fiber-optic refractive index sensors with spectral interferometric interrogation
Proceedings of SPIE, Proceedings of SPIE Volume 13243, Advanced Sensor Systems and Applications XIV; 1324308 (2024) (год публикации - 2024)
10.1117/12.3036412