内窥式近红外光频域检测系统及实验研究

摘要

光学诊断技术因其具有实时、无创诊断的潜能而受到了广泛关注和迅速发展。本文针对早期宫颈癌的检测,以频域近红外漫射光检测技术为手段,研究了内窥式频域外差检测系统的内窥探头设计及软件控制程序设计、频域参数测量时的系统校正方案,完成了系统测量准确性的评估。
　　 在前人研究的频域系统的基础上,研制了适合宫颈检查的内窥探头,对系统进行结构优化使之适合于移动和进行临床检查；基于LabVIEW图形化设计平台,进行了仪器控制程序设计和用户界面设计。
　　 为消除系统中固有物理因素对被检测频域信息的影响,研究了标准体系统校正法、多点探测比较系统校正法以及既能消除系统固有因子又能消除光纤耦合因子的系统校正法。对上述实验系统和系统校正方法,采用中空柱形人工仿体进行了实验验证。利用两个光学参数已知的仿体分别按照前述三种校正方法测量处理获得校正后被检体的频域信息,同频域蒙特卡洛模拟值对比。实验结果表明,利用标准体系统校正法检测得到的频域信息同MC模拟值间的相对误差最小,幅值相对误差在30％以内,相位相对误差在10％以内。
　　 在前述验证结果的基础上,利用标准体校正法测量-已知光学参数的中空柱形仿体的频域信息,并利用本组发展的快速逆蒙特卡洛模拟程序重构其光学参数,得出其吸收系数误差和约化散射系数误差均在30％以内；对自制的未知光学参数的仿体分别进行了内窥式频域信息测量和时间分辨测量,通过与时间分辨测量重构的结果对比,频域法所获的的吸收误差小于10％,散射误差小于20％。

目录

文摘

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 主要研究内容

第二章 组织体的光学特性与近红外漫射光检测技术

2.1 近红外波段生物组织的光学特性

2.1.1 生物组织的主要光学参数

2.1.2 组织体的近红外检测窗

2.1.3 近红外光谱区宫颈组织光学参数

2.2 近红外漫射光检测技术

2.2.1 连续波(CW)检测技术

2.2.2 时域(TD)检测技术

2.2.3 频域(FD)检测技术

2.3 组织光学正逆问题

2.3.1 漫射方程

2.3.2 蒙特卡洛模拟及逆蒙特卡洛模拟

第三章 面向临床检测的频域外差系统

3.1 频域外差系统的优化组装

3.2 内窥探头设计

3.3 基于LabVIEW的系统控制软件

3.3.1 软件结构分析

3.3.2 需求分析及功能分析

3.3.3 LabVIEW简介

3.3.4 程序设计关键技术

3.3.5 子程序设计

3.3.6 用户界面设计

第四章 系统校正方法研究

4.1 基于检测过程的系统校正

4.1.1 直接绝对校正

4.1.2 空探测参考路校正

4.1.3 标准体校正

4.2 基于检测结果的系统校正

4.2.1 多SDS探测比较校正

4.2.2 针对光纤耦合因素的系统校正

第五章 校正方法的实验验证和系统准确性的评价

5.1 幅度及相位测量准确性的验证

5.2 宫颈组织人工仿体

5.3 校正方法的实验验证

5.3.1 实验中的注意事项及实验中的问题与解决

5.3.2 基于标准体系统校正法的测量

5.3.3 基于多SDS探测比较校正法的测量结果

5.3.4 基于消除光纤耦合因子系统校正法的测量结果

5.4 光学参数重构的实验研究

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢