散射介质中光的超声调制原理及数值模拟和实验

摘要

超声调制光学成像术将光学技术和声学技术有效地结合起来，充分利用了二者的优势，即具有超声定位的高空间分辨率和反映生物组织生理结构变化的光学检测的高灵敏度的特点，是一种有前途的无损的生物组织成像技术。针对超声调制光学成像术目前存在的问题，如：光在聚焦超声场作用下的散射介质中的传播理论尚不完备，还有待完善；再如：成像分辨率不高，还达不到临床要求，本文提出了若干新的观点与方案： 1.利用漫射理论分析了散射光在聚焦超声场作用下的散射介质中的传播规律，并给出了具体的解析方程。 2.从全新的角度讨论了散射光的超声调制原理，分别提出了均匀透明介质中超声对光调制的光栅模型和基于光吸收机制的散射光超声调制原理，使声光作用机制有新的诠释。 3.通过MonteCarlo模拟与实验研究了超声调制的散射光在散射介质中的传播。模拟和实验结果与理论分析相一致，即经声光作用区出来的调制散射光在散射介质中的传播满足漫射理论，且其调制深度只与超声区的声光特性有关，不随调制光的传播而改变。 4.采用反卷积算法对经超声场调制的输出信号进行预处理，再进行图像重建，理论和仿真结果表明，成像分辨率得到提高，图像质量明显改善。该方法无须对系统装置做任何改动，只需要适当的信号处理，就实现成像超分辨，因此具有很强的实用价值。

目录

文摘

英文文摘

致谢

第一章绪论

§1.1生物组织光学成像术的基本情况

§1.2超声调制光学成像术的提出及发展动向

§1.3典型的实验装置与方法

§1.4存在的主要问题

§1.5本文的主要工作和意义

第二章聚焦超声场作用下散射介质中光的传播规律

§2.1散射介质中的光漫射方程

§2.2聚焦超声场作用下散射介质中光的传播过程

§2.3散射介质外表面超声调制光强分布

§2.4本章小结

第三章散射光的超声调制原理

§3.1超声调制多重散射光的可能机制

§3.2均匀透明介质超声光栅模型

§3.3基于光吸收机制的散射光超声调制原理

§3.4本章小结

第四章超声调制散射光的MonteCarlo模拟与实验

§4.1 Monte Carlo方法简介

§4.2 Monte Carlo方法的模拟结果

§4.3超声调制信号在散射介质中传播的实验研究

§4.3本章小结

第五章反卷积算法提高成像分辨率

§5.1理论基础

§5.2仿真计算与讨论

§5.3本章小结

第六章结束语

参考文献

附录在学期间发表的学术论文