光与生物组织的相互作用及生物组织光学特性参数测量

摘要

生物组织中的光传输是组织光学的研究热点之一,因为决定组织内光传输的光学特性参数与组织的生理和病理状态有关,了解光在组织中的空间和时间分布,对光动力学治疗、医疗成像、监测组织的生理状态和组织结构等的研究都有重要的理论和实际意义,因此该论文对光与生物组织的相互作用及生物组织光学特性参数的测量进行了研究.从光的传输理论出发,在漫射近似下获得了生物组织内光传输的漫射近似方程,并就无限细光束在不同的边界条件下、平面平行光垂直入射到半无限厚组织以及无限细光束垂直入射到两层结构的半无限厚组织的漫射方程进行了求解,首次从理论上获得了组织表面漫射光分布的解析表达式.为验证漫射理论的准确性,用Monte Carlo方法模拟了组织内的光分布,通过将Monte Carlo模拟结果与漫射近似理论比较以及曲线拟合,得到在无限细光束垂直入射到半无限厚介质的情况下,应用外延边界条件并且定义漫散系数D与吸收系数无关时,所得的漫射解较其他情况下更精确,并且通过曲线拟合的方法,首次确定了漫射近似解的适用范围;通过Monte Carlo模拟证明了由傅立叶变换得到的两层组织模型的漫射方程解的正确性.设计和建立了一套无损测量生物组织光学特性参数的实验装置,通过对生物组织模拟液Intralipid-10﹪的测量和校验,证明测量装置测量吸收系数和有效散射系数的误差分别为:Δμ<,α>/μ<,α>=2.8﹪、Δμ′<,s>/μ′<,s>=5.2﹪;利用该装置对实际生物组织牛肌肉、猪肌肉、鸡大胸进行了测量,获得了相应的吸收系数和有效散射系数.建立了光纤耦合器的光学相干层析系统.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2生物组织光学的主要研究内容

1.3生物组织光学的研究历史与现状

1.4本文主要研究内容

参考文献

第二章生物组织中光传播的输运理论

2.1引言

2.2辐射强度、通量和通量密度

2.3辐射强度的微分方程和积分方程

2.4漫射近似方程

2.5无限细垂直入射光束在半无限厚介质中的传播

2.6平面平行光垂直入射到半无限厚介质的漫射近似解

2.7无限细光束垂直入射到两层结构的半无限厚组织的漫射解

本章小结

参考文献

第三章生物组织中光传播的Monte Carlo模拟

3.1引言

3.2随机变量的取样

3.3生物组织中光传播的Monte Carlo模拟过程

3.4物理量的处理过程

3.5卷积问题

3.6用Monte Carlo模拟来验证漫射近似理论

本章小结

参考文献

第四章生物组织光学特性参数的测量

4.1引言

4.2试验系统的设计及工作原理

4.3光电转换器件及放大电路的线性测量

4.4透射法测量生物组织模拟液的散射系数

4.5插入法测量生物组织模拟液的吸收系数及各向异性因子

4.6无损法测量生物组织模拟液的光学特性参数

4.7对牛肌肉、猪肌肉、鸡大胸等生物组织光学特性参数的测量

本章小结

参考文献

附录

第五章OCT技术在生物组织光学性质研究中的应用

5.1引言

5.2 OCT系统工作原理

5.3利用OCT对生物组织成像

5.4利用OCT测量生物组织折射率

5.5利用OCT测量生物组织的光学特性参数

本章小结

参考文献

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

攻读博士学位期间发表的论文

致谢