生物组织光学折射率

就生物组织折射率的意义进行了论述,引入一个表观的具有平均意义的参量作为生物组织折射率用于描述光在不同组织分界面上的行为以及光在组织内传播的时间特性;提出了测量生物组织折射率的前提条件和几种新的测量方法并评价了这些方法的优劣性;接着,给出了典型组织折射率在不同环境条件下的测量结果,同时进行了分析和讨论,形成的结论可以对生物组织折射率性质有初步的认识。     

光学相干层析成像技术确定组织光学特性

光学相干层析成像(OCT)是近年来发展较快的一种新型成像技术,能对生物组织内部的微观结构进行高分辨率的横断面层析成像,具有快速、非侵入及高分辨率等特点,在体生物组织微观结构分析和疾病诊断等方面具有重要的应用价值.综述了采用光学相干层析成像技术确定生物组织光学特性的研究.     

CO2激光诱导生物组织光热效应的实验与理论研究

结合温度实验和理论计算,进行了C02激光与3种离体猪肉组织光热效应的比较研究。采用微型热电偶探针测量不同激光功率照射下组织的内部温度,采用二维有限元法（FEM）求解生物热传输方程,理论计算与实验条件相同。组织温度与激光照射时间和探针位置密切相关,根据所测温度曲线上升时间精确确定激光照射时间,根据实验和计算曲线的相似性确...     

生物组织结构的庞加莱球表征

相较于传统的非偏振光学探测方法，Stokes-Mueller矩阵成像技术可反映出丰富的生物组织微观结构信息，被广泛应用于组织病变检测。本文探究了生物组织结构的庞加莱球表征方法，采用Mueller矩阵极化分解方法提取了可以表征介质基本偏振特性的3个表征向量——延迟向量(R)、二向色性向量(D)、偏振向量(P),并将其中的P向量和D向量绘制在庞加莱球上，以样本点聚集中心距为评价指标对比向量差异。以骨骼肌组织和纤维结缔组织的细胞核和纤维结构为研究对象，探究了同一生物组织不同结构的表征向量在庞加莱球上的分布规律，进一步对比分析了不同生物组织相似结构的表征向量在庞加莱球上的分布规律。研究发现，对于两种生物组织中相似结构的P向量和D向量的表征差异，纤维结缔组织优于骨骼肌组织8%以上。对于单一生物组织中的两种结构的表征差异，P向量优于D向量19.7%以上。实验结果表明，庞加莱球方法可以用于表征生物组织的不同结构，并作为生物组织表征的潜在技术手段。     

生物组织介电测量分析计算模型对比研究

针对生物组织介电特性高频同轴测量几种常用分析计算模型,在100 MHz~1 GHz 频段对不同浓度NaCl 溶液的介电特性进行实测计算,在适用范围、分析计算复杂性、准确性和稳定性等方面对这些模型进行对比研究。实际测量计算结果显示:含辐射项的等效电路模型计算误差较低,计算稳定性较高,对确定其模型参数的标准物要求较高;不含辐射项的等效电路模型易于理解、计算简单,但计算精度有待提高,计算结果受被测物、测量频率的影响较大,且同样需要较好的标准物确定其参数;准静态场分析模型不需要标准物确定参数,但模型分析较为复杂,计算耗时较高,且计算结果稳定性不足。本研究结果将为生物组织介电特性高频同轴测量分析计算模型的选用提供可靠参考。     

近红外光谱范围生物组织表面漫反射率的研究

首先分析了近红外光在均匀生物组织中的传播过程,在此基础上提出一种计算分层生物组织表面漫反射率的理论模型。利用这种理论模型,讨论了两种不同组成的生物组织的表面漫反射率,得到双层介质表面漫反射率随探测距离的变化趋势与其他文献报道的研究结果一致。     

不同脉冲激光功率下生物组织温度场数值仿真研究

激光以其优异的性能广泛应用于医学和军事领域。为有效防护激光过度损伤,需研究激光与生物组织的热作用机理。本文分析了激光与生物组织作用的热传递数学模型,讨论了组织的边界条件,建立了皮肤生物组织的三层有限元网格模型,给出了采用ANSYS软件进行组织温度场求解的流程,数值仿真研究了不同功率脉冲激光在皮肤组织内部产生的温度场特性,得出了组织内部不同径向长度、轴向深度在不同时刻下的温度场变化趋势。结果表明,激光功率几何倍增时,组织内部的最大温升呈几何倍增趋势;条件一定时,组织温升区域不随激光功率变化而变化。随着激光功率增加,生物组织表层温度变化的剧烈程度增大,而内部温度变化的剧烈程度较小,且随着轴向深度增加,组织内部温度逐渐呈线性趋势。     

斜入射光束在半无限大生物组织内传播的Monte Carlo模拟

分析了斜入射光束在介质中的传播情况,利用VC++语言编制了一套平圆光束斜入射在半无限大生物组织内传播的Monte Carlo模拟程序,对几种不同参数值的情况进行了模拟,通过对模拟结果的分析,得出了平圆光束斜入射在半无限大生物组织内传播的规律.     

子宫肌瘤光学断层图像分形分析

近几年来,随着OCT的发展,用分形分析用不同 形式的OCT 获取的生物组 织的光学断层图像,进而获取生物组织的分形特性成了越来越热门的研究领域。 相比于传统研究生物组织的方法,分形分析能定量描述生物组织形态学结构,对 肉眼无法观察到的生物组织的形态学结构变化也能做出判断。本文对子宫肌瘤光 学断层图像进行了分形分析,得到了不同深度下与分维有关的参数m 的具体值。 证明了子宫肌瘤组织是分形的,用分形分析子宫肌瘤的形态学结构可以为我们提 供新的定量的知识。此研究方法弥补了定性分析的不足,对术前诊断,特别是癌 变初期的诊断具有极大的运用价值。     

光在柱状生物组织中传输的特性

利用蒙特卡罗方法对同一组光学参数分别模拟了半无限大平面、单层柱状和双层柱状生物组织中的吸收光子数密度,结果显示不同边界情况下光在生物组织中的传输有明显的差别。讨论了边界对生物组织中光传播的影响,模拟了柱状生物组织中的能流率随空间坐标的变化,并与实验结果进行了比较,验证了模拟计算的正确性。     

时间分辨反射确定生物组织光学参数的研究

从半无限大生物组织出发．研究了从总时间分辨反射确定组织光学参数的方法：将总时间分辨反射漫射理论的结果与Monte Carlo模拟的结果进行了比较．零边界条件(ZBC)和外推边界条件(EBC)的漫射方程对Monte Carlo模拟的数据作非线性拟合确定了约化散射系数和吸收系数．对所确定的光学参数误差作了较详细的分析。研究结果表明．两个漫射模型确定吸收系数的误差小于10％,采用EBC的模型拟合约化散射系数其误差与光学参数有关,ZBC则产生较大的误差。     

Monte Carlo modeling of light propagation in highly scattering tissues. II. Comparison with measurements in phantoms

Measurements of the fluence-depth distributions and of the diffuse reflectance of 633 nm light have been made in liquid media with optical properties similar to soft tissues. The results are compared with predictions of Monte Carlo computer calculations in order to test the adequacy of Monte Carlo modeling of light transport in tissue. Except at extremely high albedo, the experimental data and the Monte Carlo results agree well for the depth dependence of the fluence as a function of incident light beam diameter and optical absorption and scattering, and for the dependence of the diffuse reflectance on the albedo. The absolute experimental values for the fluence must be renormalized by a factor which varies with the albedo in order to match the model values, and the possible sources of this discrepancy are discussed.     

由漫射图像测量生物组织的光学特性

为了获取生物组织的光学特性参量,采用CCD无损测量系统来获得生物组织的漫反射图像,通过数据分析获取组织表面的漫射光分布,首先对具有不同光学特性参最的组织模拟液进行测量,用实验所得数据训练神经网络,并用另一组实验数据对神经网络的有效性和精确度进行了验证,然后对牛肉、猪肉以及人体表皮组织在633nm光照下进行了测量,由经实...     

人体组织中光的漫反射理论与仿真研究

本文利用漫射近似理论,推导了组织表面的空间分辨局部漫反射光的稳态解析式,然后利用人体结肠组织的两组典型光学特性参数,给出了漫射近似的计算结果,并与用蒙特卡洛仿真结果进行了比较．结果表明,漫射近似理论的成立是有条件的．通过采用一种修正的简化漫射方程,对漫反射光成功地进行了拟合,可用于组织光学特性参数的间接测量。     

双层组织模型中漫反射光与内层光学参数关系

研究了双层组织光学参数变化对组织表面漫反射情况的影响规律.采用一个简化的生物组织双层模型,利用Monte Carlo方法和实验进行了研究.结果表明表面漫反射光随内层吸收系数增加而减小,随内层散射系数增加而增强,特别是内层吸收系数或散射系数为小值时,表面漫反射光对内层吸收系数或散射系数的变化非常敏感.     

A Robust Monte Carlo Model for the Extraction of Biological Absorption and Scattering In Vivo

We have a toolbox to quantify tissue optical properties that is composed of specialized fiberoptic probes for UV-visible diffuse reflectance spectroscopy and a fast, scalable inverse Monte Carlo (MC) model. In this paper, we assess the robustness of the toolbox for quantifying physiologically relevant parameters from turbid tissue-like media. In particular, we consider the effects of using different instruments, fiberoptic probes, and instrument-specific settings for a wide range of optical properties. Additionally, we test the quantitative accuracy of the inverse MC model for extracting the biologically relevant parameters of hemoglobin saturation and total hemoglobin concentration. We also test the effect of double-absorber phantoms (hemoglobin and crocin to model the absorption of hemoglobin and beta carotene, respectively, in the breast) for a range of absorption and scattering properties. We include an assessment on which reference phantom serves as the best calibration standard to enable accurate extraction of the absorption and scattering properties of the target sample. We found the best reference–target phantom combinations to be ones with similar scattering levels. The results from these phantom studies provide a set of guidelines for extracting optical parameters from clinical studies.      

The Infrared Ray Transport Model of Finite Size Flat Beam in Tissue

The infrared ray propagation model of finite size flat beam in biological tissue is set up. Gaussian beams and circularly flat beams were compared. The model is simulated with Monte Carlo method, and the influence of parameters of biological tissue and properties is analyzed. The potential application of the model is demonstrate by estimating the absorption and transport-corrected scattering coefficients from reflectance measured from intact tissue.     

采用空间分辨漫反射测定胃组织光学特性

研究了人正常胃黏膜及黏膜下层组织对488 nm,514.5 nm,532 nm,630 nm和632.8 nm的激光的光学特性及其差异,实验采用空间分辨反射光和CCD探测器以及非线性拟合确定组织光学特性。结果表明,人正常胃黏膜及黏膜下层组织对五个波长的激光的吸收系数、约化散射系数、光学穿透深度、漫射系数、漫反射率和漫反射率的位移都是随着激光波长的变化而变化的。其吸收系数的最大值在532 nm,其值为0.482 mm-1,最小值在632.8 nm,其值为0.224 mm-1,最大差异在532 nm和632.8 nm之间,其值为115%,最小差异在488 nm和532 nm之间,其值为1.90%。其约化散射系数的最大值在488 nm,其值为5.93 mm-1,最小值在632.8 nm,其值为3.87 mm-1,最大差异在488 nm和632.8 nm之间,其值为53.2%,最小差异在514.5 nm和532 nm之间,其值为3.25%。其光学穿透深度的最大值在632.8 nm,其值为0.612 mm,最小值在488 nm,其值为0.341 mm。其漫射系数的最大值在632.8 nm,其值为0.084 mm,最小值在488 nm,其值为0.055 mm。其漫反射率的最大值在630 nm,其值为0.356,最小值在532 nm,其值为0.271。其Δx的最大值在632.8 nm,其值为0.153 mm,最小值在488 nm,其值为0.100 mm。可见,人正常胃黏膜/黏膜下层组织对五个波长的激光的光学特性参数存在明显的差异。     

非均匀混浊介质多光谱反射成像的仿真与实验研究

提出了一种采集高动态范围多光谱反射率的实验方 法,并通过测量5个非均匀混浊介 质样品在全视场照射条件下和500~940nm波长范围内的反射图像数据 证明了本方法的可行性。同时 采用在辐射传输理论框架下建立的并行iMC蒙特卡罗仿真模型,通过使用漫反射标准板准确 记录入射光 束能量分布,输入至iMC仿真程序,获得可与反射率测量数据相比较的反射率仿真图像数据 。本文工 作为求解根据反射率确定非均匀混浊介质样品的光学特征与几何参数的逆问题提供了实验与 理论工具。     

离散介质表面漫反射光的空间分布特性

采用Monte Carlo方法和实验,对离散介质表面漫反射光的空间分布进行了研究.结果表明：离散介质表面并非理想朗伯表面;用置换法对整个生物组织漫反射率的平切光纤测量系统进行简单的定标中,把生物组织表面作为朗伯表面处理将使漫反射率计算结果存在偏差,准确的做法应是对漫反射进行空间积分.