Two-layer reconstruction of Raman spectra in diffusive media based on an analytical model in the time domain
Autori:
Stefan Šušnjar, Fabrizio Martelli, Sara Mosca, Sanathana Konugolu Venkata Sekar, Johannes Swartling, Nina Reistad, Andrea Farina, and Antonio Pifferi
ABSTRACT
An analytical model describing the migration of scattered Raman photons in two-layer diffusive media, based on the time-domain diffusion equation, was derived and validated. Methods for the reconstruction of two-layer Raman spectra were developed, tested in computer simulations, and validated on tissue-mimicking phantom measurements data. The concept of quantitative, mathematically rigorous reconstruction using the proposed model was finally proven on experimental measurements, by successfully separating the spectra of silicone and calcium carbonate (calcite) layers, showing the potential for further development and eventual application in clinical diagnostics.
This research exploits the “know how” acquired by the Department of Physics and Astronomy on light propagation through diffusive media in presence of Raman scattering and is also the result of an effective collaboration with the Department of Physics of “Politecnico di Milano”, Italy.
ITALIANO RIASSUNTO
È stato derivato e convalidato un modello analitico che descrive la migrazione dei fotoni Raman sparsi in mezzi diffusivi costituiti di due strati, basato sull'equazione di diffusione nel dominio del tempo. Sono stati sviluppati metodi per la ricostruzione degli spettri Raman dei due strati, testati in simulazioni al computer e convalidati usando dati misurati su mezzi calibrati che imitano i tessuti biologici. Il concetto di ricostruzione quantitativa e matematicamente rigorosa utilizzando il modello proposto è stato infine dimostrato su misure sperimentali, separando con successo gli spettri degli strati di silicone e carbonato di calcio (calcite), mostrando il potenziale per ulteriori sviluppi e l'eventuale applicazione nella diagnostica clinica.
Questa ricerca sfrutta il “know how” acquisito dal Dipartimento di Fisica e Astronomia sulla propagazione della luce attraverso mezzi diffusivi in presenza di scattering Raman ed è anche il risultato di un'efficace collaborazione con il Dipartimento di Fisica del Politecnico di Milano, Italia.
Link: https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-31-24-40573&id=542432
Oppure: https://doi.org/10.1364/OE.504105