生物组织光学层析成像技术的理论研究

本文发展了一种能实现生物组织光学层析成像的理论。文中建立了光在生物组织中的散射模型，并利用格林函数法分析了问题的数学基本解的形式，得到了问题的初始值的解析表达式。利用偏微分方程特征线传播的方法，可以把问题的边界值（即测量值）传递给每层的初始值。然后结合初始值的解析形式，构造出一个目标函数，即可把逐层重构组织光学特性参数的问题转化为逐层控制参数使目标函数具有极小值的优化问题，从而逐层地重构出生物组织的光学特性参数。利用组织光学特性参数重构的结果，借助于计算机的图象处理技术，就可进一步得到组织内部的光学层析结构图象。本文最后给出了一个计算机数值仿真解。

患有明显边界线肿瘤的生物组织中光输运的蒙特卡罗法模拟

用蒙特卡罗（ＭＯＮＴＥＣＡＲＬＯ）方法模拟了患有肿瘤的正常生物组织中的光输运过程。为了计算的方便，假设肿瘤具有明确的边界线和简单的几何形态。利用模拟计算的结果，本文研究了生物组织在一定光入射情况下的表面漫反射光分布和组织内部光分布的特点。光分布的情况依赖于组织内部光学特性参数的分布，因而直接与组织的内部结构有关。

用遗传算法重构生物组织的光学特性参数

本文利用遗传算法 (GeneticAlgorithm)和蒙特卡罗 (MonteCarlo)方法研究由准直激光束通过均匀生物组织时所形成的多重散射光分布重构生物组织的光学特性参数。由于蒙特卡罗法模拟结果的离散性和统计性 ,在逆问题的求解时使传统的优化方法存在难以克服的困难 ,遗传算法可以有效地解决这个困难。我们用遗传算法成功地实现了对均匀生物组织单个光学特性参数重构和多个特性参数的联合重构 ,并取得了较好的重构效果。

金属表面Ω介质涂层的电磁反射特性研究

本文利用频域分波法研究了理想导体表面Ω介质涂层的电磁反射特性，并结合实例分别讨论了人射条件及材料的电磁参数对Ω介质电磁反射性能的影响，得出了一些有用的结论通过数值计算，理论上设计出了在9～11GHz的频率范围内能够有效防止电磁反射的双层Ω介质涂层.

频域分波法研究涂覆于金属表面的手征介质层的电磁反射特性

本文利用频域分波法研究了平面电磁波入射时涂覆于金属表面的无限大层状手征介质的反射特性．频域分波法是电磁场领域新近发展起来的一种计算方法，其特点是在频域内通过数学物理变换把平面电磁波分为前行波和后行波，从而清晰地了解介质中电磁波的传输特性．本文通过理论推导和数值计算，得出了一些有用的结论，为设计防电磁波反射涂层提供了理论指导．

考虑到原子中电子运动的氢原子─电子的Glauber散射理论

在Ｇｌａｕｂｅｒ理论的基础上，考虑到原子内部的电子运动对于象ｅ－Ｈ的弹性和非弹性散射截面计算的影响。理论计算表明，原子内部电子的运动对于ｅ－Ｈ的弹性散射截面影不大，而对于非弹性散射截面有着一定的影响。

生物组织的光学成像技术进展

光学成像技术具有无损、快速、高分辨率等特点,是生物医学成像中的重要组成部分。近年来,光学成像已经发展了许多方法。根据光在组织中的传播特性,可将这些方法分为两类:(1)利用光的粒子性,有早刻光子和超快脉冲成像技术。(2)利用光的波动性,包括光学相干成像、声光调制法、光学偏振成像等方法。本文详细讨论这些方法,比较其优缺点,并对将来的光学成像技术作了展望。

生物组织光传播的时域特征分析

采用蒙特卡罗（Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｅ）方法对脉冲光在组织中传播的时域特征作了研究，并把计算结果与漫射理论的解析解作了比较。文中详细分析了组织光学特性参数与组织表面时间分辨的漫反射光分布之间的关系。结果表明：散射系数影响着漫反射光强到达峰值的时间，吸收系数影响着漫反射光强在峰值之后随时间下降的速度，而ｇ因子对响应曲线的前沿影响较大，在后沿阶段基本上没有影响。文中的另一个结论是从时间分辨的漫反射光测量中可以无损地反演组织的光学特性参数，从而可以以一种更迅速、方便的方式无损地测量组织中血氧和肌氧的含量。

三维声波方程逆问题的共轭梯度法求解

考虑一个完整的三维声波方程的逆问题．通过构造一个表面声压偏差平方和形式的目标泛函，把声波方程的逆问题转化为一个控制声学特性参数分布使得目标泛函达到最小伍的优化问题．采用共轭梯度法来求解这个优化问题．通过引入一个对偶函数u（x，t），文中用微扰法求得了目标泛函梯度值的解析表达式，从而克服了以往用共轭梯度法求解偏微分方程控制的优化问题时计算目标活函梯度的困难，大大压缩了共轭梯度法计算目标泛函梯度的时间，而且提高了梯度值的计算精度．还进一步进行了反演声学特性参数三维分布的数值仿真计算．共轭梯度法完整解决了三维声波方程的逆问题．

直接优化法同时反演声波方程的两个系数

本文在时域范围内考虑一个层状半无限空间的声波方程两个系数同时反演的问题。通过构造一个偏差的平方和形式的目标泛函，声波方程系数的反演问题可以转化为一个由双曲型偏微分方程控制的优化问题。在本文中，一种直接优化的技术被用来解这个优化问题。通过寻找目标泛函的极小点，声波方程的两个系数可以方便地得到同时反演。由于直接优化法只使用了目标泛函的函数值而不用它的梯度信息，因此这种算法具有稳定、精确的优点。文中同时还给出了这种算法的稳定性定理以及数值解的例子。从数值解的情况上看，这种直接优化法反演声波方程系数的结果是令人满意的。

用蒙特卡罗方法研究生物组织中的光分布

本文利用蒙特卡罗方法研究准直光束通过生物组织时其内部光吸收剂量分布的特点．计算模型设定的条件为：组织与其边界折射率不同、组织为纵向有一定宽度的层状结构．理论的计算模拟结果已同组织模拟体的实验结果作了比较，两者能较好的吻合．

用相干光场相位检测法确定生物组织模型的非均匀性

研究光在混浊介质或生物组织内传播的光场分布的变化，可以间接地获得介质的散射和吸收特性以及介质内部结构变化的有用信息。文章给出了一种描述光在均匀散射介质中传播的光场分布的理论和计算机仿真。在此基础上，通过结合组织近红外光谱学技术（ＮＩＲＳ）与现代激光技术，研究了一种用近红外光学相干相位阵列调制法探测生物组织非均匀性（肿瘤）的新方法。设计了组织光学特性模型，并进行了各种不同条件下实验。探索了生物组织中光场分布与组织特性之间的相互关系。实验表明，给出的检测如大脑和乳腺中存在小吸收体的方法是简单、可行和有效的。