Отзыв_официального_оппонента_Е.С._Жуковой_22.01.2017_подписанный (1025278)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

В диссертационный совет Д 212.141.19 при МГГУ им. Н.Э. Баумана ОТЗЫВ ОФИЦИАЛЬНОГО ОППОНЕНТА на диссертацию Зайцева Кирилла Игоревича «МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СИЛЬНО ПОГЛОЩАЮЩИХ СРЕД И БИОЛОГИЧЕСКИХ ТКАНЕЙ В ТЕРАГЕРЦОВОЙ ИМПУЛЬСНОЙ СПЕКТРОСКОПИИ», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.07 — Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Диссертационная работа Кирилла Игоревича Зайцева посвящена разработке нового метода восстановления диэлектрических характеристик сильно поглощающих сред и биологических тканей с помощью терагерцовой импульсной спектроскопии, а также применению разработанного метода для диагностики и дифференциации пораженных раком тканей кожи.

Популярность терагерцового (ТГц) диапазона частот среди исследователей обусловлено в основном неионизирующим характером излучения и наличием характерного спектрального отклика мягких сред, в том числе биологических, позволяющего проводить дифференциацию объектов. Частотная зависимость ТГц диэлектрической проницаемости несет информацию о низкочастотных молекулярных колебаниях и структурных свойствах вещества, что делает ТГц диэлектрическую спектроскопию уникальным инструментом фундаментальных и прикладных исследований. В настоящее время методы ТГц спектроскопии широко применяются в области неинвазивной, малоинвазивной и интраоперационной медицинской диагностики, неразрушающей дефектоскопии материалов, контроля качества химической и фармацевтической продукции, а также продуктов питания. ТГц импульсная спектроскопия, появившаяся в 1975 году и активно развивавшаяся в конце ХХ века, стала одним из самых распространенных инструментов ТГц оптотехники.

Метод ТГц импульсной спектроскопии позволяет регистрировать частотную зависимость комплексной амплитуды ТГц электромагнитной волны в результате единственного измерения и, следовательно, восстанавливать ТГц диэлектрические характеристики образца без применения интегрального преобразования Крамерса-Кронига. Более того, элементная база ТГц импульсной спектроскопии позволяет создавать сравнительно портативные ТГц приборы для проведения измерений в условиях медицинской клиники или на предприятиях.

В то же время точность восстановления ТГЦ диэлектрической проницаемости образца, в особенности в случае сильно поглощающей среды и биологической ткани, определяется выбранной геометрией проведения измерений и используемым методом решения обратной задачи, его устойчивостью к шумам спектрометра и другим негативным факторам. Ввиду отмеченного, тема диссертации К.И.

Зайцева, связанная с разработкой нового метода восстановления ТГц диэлектрических характеристик сильно поглощающих сред и биологических тканей с помощью ТГЦ импульсной спектроскопии, представляется достаточно актуальной. Диссертационная работа К.И. Зайцева изложена на 1б4 страницах и включает введение, три главы, общие выводы и список цитируемой литературы.

Диссертация содержит 55 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 344 источников. Во введении автор обосновывает актуальность выбранного направления исследований, формулирует цель работы — разработка метода и аппаратуры ТГЦ импульсной спектроскопии для исследования комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих сред и биологических тканей т И~о — и ставит научно-технические задачи: 1) разработка метода определения комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих сред и биологических тканей т ию с помощью ТГц импульсной спектроскопии; 2) разработка сапфировых фотонно-кристаллических волноводов для передачи ТГц излучения спектрометра к объекту исследования; 3) создание экспериментального комплекса для исследования диэлектрической проницаемости сильно поглощающих сред и биологических тканей т лю в ТГц диапазоне; 4) исследование возможности дифференциации биологических тканей (тканей кожи в нормальном состоянии и при наличии патологии) с помощью разработанного метода ТГц диэлектрической спектроскопии.

В первой главе - «Анализ методов ТГц спектроскопических исследований»- приведен краткий исторический обзор развития методов спектроскопии в терагерцовом диапазоне частот и рассмотрены основные современные схемы генерации и детектирования электромагнитного излучения в терагерцовой области спектра. На основе аналитического обзора современной литературы касательно методов ТГц диэлектрической спектроскопии, а также биомедицинских приложений ТГц науки и техники К.И.

Зайцев обосновывает выбор метода импульсной терагерцовой спектроскопии для изучения биологических тканей 1п ию. Во второй главе — «Моделирование процесса взаимодействия ТГц импульсного излучения с сильно поглощающими средами и биологическими тканями т ию»вЂ” рассмотрены основные модели взаимодействия электромагнитного излучения с веществом и приведен общий вид частотных зависимостей функций диэлектрического отклика в случае диэлектриков, а также сильно-поглощающих сред. Для описания взаимодействия импульсного электромагнитного излучения с пространственно-неоднородными средами, характеризуемыми высоким поглощением и существенной дисперсией в области терагерцовых частот предложен метод численного моделирования.

Используя метод конечных разностей численного решения уравнений Максвелла в дисперсионных средах и применяя модель диэлектрической дисперсии Дебая для описывания ТГц отклика тканей здоровой кожи и базальноклеточного рака, автор оценил возможность дифференциации здоровых и пораженных тканей. Здесь же автор формулирует аналитический метод описания распространения ТГц импульсного излучения в слоистых средах с сильной дисперсией и потерями, который используется в качестве базового подхода для построения оригинального метода восстановления ТГц диэлектрической проницаемости сильно-поглощающих сред и биологических тканей. Для решения обратной задачи предложено использовать три сигнала спектрометра — сигнал образца и два опорных сигнала, а также учитывать конечное число временных эхо-сигналов, в результате чего повышается точность оценки диэлектрических характеристик образца.

Автор проводит исследования устойчивости решения обратной задачи с использованием предложенного оригинального метода и показывает влияние ряда негативных факторов на точность оценки диэлектрической проницаемости. В качестве заключения к главе предлагаются несколько способов предобработки временных сигналов спектромегра, значительно повышающих устойчивость восстановления диэлектрической дисперсии образца. В третьей главе — «Экспериментальное исследование ТГц диэлектрических характеристик сильно поглощающих сред и биологических тканей 1п ию» — К.И. Зайцев описывает экспериментальную установку, построенную на базе портативного ТГц импульсного спектрометра и реализующую разработанный метод восстановления ТГц диэлектрической проницаемости образца.

Автором предлагаются многоканальные (фотонно-кристаллические) сапфировые волноводы на основе профилированных кристаллов для доставки ТГц импульсного излучения к объекту исследования. Автор применяет новый метод и экспериментальную установку для регистрации ТГц диэлектрической проницаемости тканей кожи и гЬо в нормальном состоянии и при наличии патологий.

Результаты анализа экспериментальных частотных зависимостей диэлектрической проницаемости свидетельствуют о том, что разработанный метод обеспечивает достаточную точность для дифференциации биологических тканей. Проведенные экспериментальные исследований ТГц диэлектрических характеристик здоровой кожи и пигментных невусов кожи демонстрируют возможность дифференциации обыкновенных и диспластических невусов методами ТГц диэлектрической спектроскопии. В общих выводах автор резюмирует результаты проведенного научного исследования. На мой взгляд, научная новизна диссертационной работы заключается в том, что: 1) автором показано, что разработанный метод восстановления частотной зависимости комплексной диэлектрической проницаемости сильно поглощающих сред и биологических тканей обеспечивает погрешность, не превышающую 3% в спектральном диапазоне от 0.2 до 1.4 ТГц; 2) автором установлено, что разработанный ТГц фотонно-кристаллический волновод на основе профилированных кристаллов сапфира характеризуется низкой дисперсией в спектральном диапазоне от 1.0 до 1.55 ТГц и обеспечивает потери до 2 дБ/м; 3) с помощью разработанного метода впервые зарегистрированы диэлектрические характеристики пигментных невусов кожи в ТГц области спектра; показана возможность дифференциации обыкновенных и диспластических невусов кожи методами ТГц диэлектрической спектроскопии.

Практическая значимость результатов работы определяется следующим: 1) разработанный метод восстановления ТГц диэлектрической проницаемости может использоваться для регистрации диэлектрических характеристик здоровых и пораженных тканей организма человека в условиях специализированных медицинских учреждений и для создания базы данных ТГц диэлектрической проницаемости биологических тканей. Знание ТГц диэлектрической проницаемости биологических тканей позволит разработать новые методы диагностики заболеваний организма человека на основе ТГц спектроскопии и изображающих систем; 2) новый метод восстановления ТГц диэлектрической проницаемости может применяться для спектроскопических исследований физических характеристик новых материалов в научных лабораториях, а также для разработки новых методов неразрушающего контроля конструкционных материалов; 3) предложенные в диссертационной работе сапфировые многоканальные (фотонно-кристаллические) волноводы могут применяться для бездисперсионной передачи ТГц импульсного излучения к объекту исследования или воздействия в различных приложениях ТГц техники.

Достоверность результатов работы обеспечивается корректным применением методов физической оптики, классической электродинамики, диэлектрической спектроскопии и цифровой обработки сигналов, а также использованием правомерных допущений при разработке подходов к описанию процесса распространения терагерцового излучения в структурированных дисперсионных средах. Результаты диссертационной работы опубликованы в 24 статьях в научных журналах, входящих в Перечень ВАК РФ, а также представлялись на ведущих международных конференциях, посвященных прикладной физике, оптике и спектроскопии, биофотонике.

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов диссертации