基于激光激发声表面波光谱技术检测人体皮肤病变的研究

摘要

在医学界,皮肤疾病的检测和治疗在很大程度上依靠皮肤科医生的视觉判断。一个皮肤科医生的培养需要多年的培训和临床经验,然而即使如此,有些情况下视觉判断仍无法给出准确定量的信息。因此,通过一种能够准确的检测皮肤疾病的方法来避免模棱两可的判断显得尤为重要。
　　本课题的主要研究目的是开发一种应用激光声表面波的新型非破坏式检测系统以实现对皮肤病变的快速检测,通过应用激光激发声表面波的传播特性来检测皮肤各层的特性以及探测皮肤各层发生的机械和几何变化以判断皮肤病变。
　　与传统超声检测方式不同,激光超声检测法采用脉冲激光光束作为非接触式激发光源在皮肤表面产生声表面波。当一个样品表面被一个高频的激光脉冲照射,由于吸收激光辐射,在局部产生热膨胀,进而产生了声表面波并沿样品表面传播。激光激发声表面波的特性很大程度上取决于激光光束的光学穿透和产生的热扩散、待测材料的弹性参数和几何特征。激光激发声表面波检测方法最大的优势在于无损激发,与检测材料不发生物理接触。
　　本课题通过应用有限元仿真技术来理解和分析激光源与皮肤组织之间相互作用,产生声表面波的原理以及波传播过程中受到的影响和产生的变化,同时深入分析了皮肤病变尺寸不同和网格大小划分不同对仿真结果的影响。
　　本课题的主要研究工作有:介绍了人体皮肤以及皮肤各组成结构的特性,分析了一些皮肤病变给皮肤机械和几何参数带来的变化。简要介绍了激光激发声表面波理论和声表面波在样品上传播的原理,讨论如何模拟激光激发声表面波及其传播过程。概述有限元建模原理和用于模拟激光激发声表面波以及在表面传播过程的仿真步骤。介绍了理想人体皮肤的模型的建模,并利用激光激发声表面波去检测人体皮肤模型各层机械和几何变化以判断皮肤疾病。用 Matlab程序对有限元模拟得到的结果进行数字信号处理,计算出声表面波色散曲线。通过对比色散曲线的变化判断出该检测方法能检测到的最小的皮肤肿瘤尺寸为0.03mm,以及划分网格尺寸对仿真结果的影响。最后提出了应用激光激发声表面波检测皮肤疾病的总结与展望。

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第一章 绪论

1.1皮肤病概况介绍

1.2皮肤检测的方法与发展现状

1.3课题的意义与内容

第二章 皮肤的结构特性以及激光激发声表面波传播规律

2.1皮肤的结构和特性

2.2声表面波传播规律

2.3激光在皮肤表面激发声表面波原理

2.4小结

第三章 声表面波在理想皮肤中传播的有限元建模

3.1理想人体皮肤建模

3.2数字信号处理

3.3网格大小对仿真结果的影响

3.4分辨力的仿真分析

3.5小结

第四章 四象限压电检测系统的实验与结果分析

4.1四象限压电传感检测系统的设计与搭建

4.2小结

第五章 总结与展望

5.1总结

5.2工作内容

5.3工作展望

参考文献

发表论文及科研情况说明

致谢