改善双积分球测量系统精度的方法研究

摘要

双积分球检测技术是通过对样品的反射率、透射率和准直透射率进行测量,结合一定的光学参数反构算法得到组织体光学参数的检测方法,是目前组织光学参数测量方面较为成熟和广泛应用的检测手段。基于双积分球系统的测量原理,本文对双积分球的搭建和其各组成部分的功能进行了详细的阐述。对双积分球系统中的光损失以及“串扰”给测量带来的误差进行了理论计算。并根据无创血糖测量的需要制备了液态仿体,用其对系统测量准确性进行验证。
　　 首先,本文对组织光学参数的定义以及光在组织内传输的理论和模型进行了简要介绍,同时对不同光学参数检测方法的原理以及优缺点进行了比较。
　　 其次,根据所搭建的双积分球系统的实际情况,对影响测量精度的因素进行了分析。研究中发现,双积分球系统中收集窗口径的大小会对光损失产生一定的影响,且两个积分球之间的“串扰”现象也会给测量带来一定的误差。针对这些因素,本研究中采用蒙特卡洛模拟方法对双积分球测量中的光损失以及“串扰”的影响进行计算。并在此基础上,对双积分球系统测量得到的反射率以及透射率进行校正。
　　 最后,本文采用Intralipid-20％溶液作为散射介质,India Ink溶液作为吸收介质,制备液体光学参数模型,对实验室所搭建的双积分球的检测精度、测量的重复性以及测量范围进行验证。实验结果表明,该系统对于约化散射系数的测量误差在8％左右,吸收系数的测量误差在10％左右。系统的测量重复性在3％以内。
　　 此外,由于皮肤组织光学参数在血糖研究方面具有一定应用价值,因此根据不同波长下皮肤组织的光学参数制备液体皮肤模型。并采用双积分球系统对该模型进行测量,实验结果表明该系统可以应用于测量皮肤组织的光学参数。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 研究意义

1.4 本文主要研究内容及结构安排

第二章 光和组织体的相互作用以及传输模型

2.1 光与组织体的相互作用

2.2 组织光学参数定义和意义

2.3 光在生物组织中的传输模型

2.3.1 辐射传输方程

2.3.2 蒙特卡洛模拟

2.3.3 倍加法及逆倍加法

2.4 光学参数测量方法及其应用

2.5 本章小结

第三章 双积分球检测系统

3.1 双积分球系统的测量原理

3.2 双积分球系统构成

3.2.1 光源

3.2.2 双积分球检测系统

3.2.3 样品池及其他附件

3.2.4 软件控制

3.2.5 积分球系统光源稳定性评价

3.3 本章小结

第四章 双积分球系统影响因素分析

4.1 双积分球测量精度的影响因素

4.1.1 样品状态对测量的影响

4.1.2 积分球测漏对光学参数测量的影响

4.1.3 样品表面不完全反射对测量结果的影响

4.1.4 双积分球中的串扰对测量结果的影响

4.2 基于蒙特卡洛模拟的BP网络反构算法

4.2.1 基于蒙特卡洛算法的理论数据库的建立

4.2.2 BP网络反构算法

4.3 本章小结

第五章 双积分球系统对模拟组织体光学参数的测量

5.1 模拟组织体

5.1.1 模拟组织体简介

5.1.2 组织光学模型理论值的计算和测量

5.2 双积分球系统的评价

5.2.1 双积分球系统测量的重复性

5.2.2 积分球系统测量的准确性

5.2.3 MC-Bp算法与IAD算法的比较

5.2.3 双积分球系统测量的范围

5.2.4 双积分球系统测量误差原因分析

5.3 皮肤仿体光学参数的测量

5.3.1 皮肤组织光学参数范围

5.3.2 皮肤组织光学参数范围内仿体的测量结果

5.4 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 本文工作总结

6.2 未来工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢