利用空间分辨漫反射无损测量生物组织的光学参量

利用空间分辨漫反射光确定生物组织的光学参量进行了实验研究 ,分别用光纤探测器和 CCD无损测量了半无限大生物组织 (牛脂肪和牛肉 )表面的漫反射光的径向分布 .由漫射方程对漫反射光强的相对分布值作非线性拟合确定了生物组织的吸收系数和约化散射系数 ,所得结果与国外报道的绝对测量法测量的结果相比 ,其差别小于 9.4 % .研究结果表明 ,光纤测量和 CCD测量有较好的一致性 ,而 CCD探测具有测量准确、简单和快捷的特点 .

光学参量对空间分辨漫反射探测距离的影响

为完善生物组织光学参量测量系统以及实验手段提供理论依据,本文基于双点源Delta-P1近似漫反射光学模型,推导了光学参量对反射率的灵敏度解析表达式,研究了光学参量的变化对探测距离的影响。研究结果表明:1)在强吸收的情况下,宜采用近距离(ρ<2mm)测量;2)μs变化的情况下,可选取在Sμ′s(ρ0)=0的探测距离ρ0附近测量组织的吸收情况;3)高阶参量γ对组织漫反射光分布的影响在光源附近(ρ<1.0mm)比较明显(极值大于30%),因此有必要在光学模型中引入散射相函数的高阶参量。

用于微区漫反射测量的高分辨率多点探测系统

针对目前空间分辨率低和探测点数少的问题,设计了高分辨率多点自动化探测系统。该系统采用一个特制的光纤阵列探针,使空间分辨率提高到0.125mm;采用两个光开关,利用光开关通道的切换,使探测点数增加到10个;利用LabVIEW编程控制实现了自动化探测。仿真验证表明,对介质表面0.125~1.25mm漫反射光信号的探测实验结果与数值模拟结果吻合较好,验证了探测系统的可靠性。

采用空间分辨漫反射测定胃组织光学特性

研究了人正常胃黏膜及黏膜下层组织对488 nm,514.5 nm,532 nm,630 nm和632.8 nm的激光的光学特性及其差异,实验采用空间分辨反射光和CCD探测器以及非线性拟合确定组织光学特性。结果表明,人正常胃黏膜及黏膜下层组织对五个波长的激光的吸收系数、约化散射系数、光学穿透深度、漫射系数、漫反射率和漫反射率的位移都是随着激光波长的变化而变化的。其吸收系数的最大值在532 nm,其值为0.482 mm-1,最小值在632.8 nm,其值为0.224 mm-1,最大差异在532 nm和632.8 nm之间,其值为115%,最小差异在488 nm和532 nm之间,其值为1.90%。其约化散射系数的最大值在488 nm,其值为5.93 mm-1,最小值在632.8 nm,其值为3.87 mm-1,最大差异在488 nm和632.8 nm之间,其值为53.2%,最小差异在514.5 nm和532 nm之间,其值为3.25%。其光学穿透深度的最大值在632.8 nm,其值为0.612 mm,最小值在488 nm,其值为0.341 mm。其漫射系数的最大值在632.8 nm,其值为0.084 mm,最小值在488 nm,其值为0.055 mm。其漫反射率的最大值在630 nm,其值为0.356,最小值在532 nm,其值为0.271。其Δx的最大值在632.8 nm,其值为0.153 mm,最小值在488 nm,其值为0.100 mm。可见,人正常胃黏膜/黏膜下层组织对五个波长的激光的光学特性参数存在明显的差异。

利用微区空间分辨漫反射测量组织光学特性

为了准确测量光源附近微区内的漫反射光分布,设计了一维光纤阵列探头,通过两个光开关的通道切换实现了对距离光源0.125～1.250mm径向范围内10个位置漫反射光强的测量,空间分辨率为0.125mm。实验测量的漫反射光分布与Monte Carlo(MC)结果相符合,验证了测量系统的可靠性,采用逆MC算法,实现了对生物组织模拟液光学参量的测量,测量结果与文献报道符合较好。

利用深度探测函数研究双层介质的空间分辨漫反射率

提出了一种研究双层介质空间分辨漫反射率的理论模型。考虑到不同深度分布的光子对探测信号的贡献不同,引入深度探测函数α(z,ρ),用其描述探测光子与散射介质空间面的相互作用,进而提出了一种研究双层散射介质空间分辨漫反射率的理论方法。给出了双层散射介质的空间分辨漫反射率的理论分析结果,并与MonteCarlo模拟结果进行比较,结果表明两者符合得较好。

平稳状态下匹配介质三层漫射方程的空间分辨漫反射

如果应用漫射方程分析和确定生物表面组织的光学特性,就能够确定生物活体是否发生病变,实现生物活体的无损探测。目前,光在生物体内传播常用的基本模型是半无限厚模型和两层介质模型。而实际上,人体组织为多层介质。根据漫射方程理论,在平稳状态条件下,使用外推边界条件,精确给出了匹配介质中平稳状态下三层体系光的漫射方程格林函数的解。通过此解,可以算出空间分辨漫反射。使用蒙特卡罗方法来验证三层体系的漫射方程,发现我们给出的理论解,不仅可以包括与Kienle的结论一致的两层体系模型的空间分辨漫反射的解,而且三层体系漫射方程的空间分辨漫反射解和蒙特卡罗方法基本一致。

光源附近组织的空间分辨漫反射研究

P3 近似理论可以描述光源附近约1个输运平均自由程(MFP)内组织的漫反射光分布,这个区域的光分布与组织的散射相函数有关。利用P3 近似理论研究了组合相函数的结构因子α对光源附近组织的漫反射光分布的影响。研究表明:在输运平均自由程不变条件下,各向异性因子的变化不引起漫射近似适用区域光分布的改变,但对光源附近约1个输运平均自由程附近的光分布有很大影响;α对漫反射率的影响远大于相函数的高阶矩对漫反射率的影响。研究结果对于使用内窥方式或对表层组织进行活体检测的空间分辨漫反射测量技术具有实际意义。

组织的特征长度微距空间分辨漫反射

从辐射传输理论的相似关系出发,根据P1近似和P3近似满足的一阶和三阶相似关系,引入了特征长度的参量。利用半无限介质的空间分辨漫反射的P3的近似解,对光源附近组织的空间分辨漫反射与特征长度之间的关系进行了研究。研究表明,当需要在光源附近对组织进行测量时,最近的距离与描述该组织的特征长度有关,根据组织的特征长度可以确定探测器的大致宽度,并结合实际光纤直径估计测量光纤的数目。

生物组织中高阶光学参量对空间分辨漫反射的影响

采用Monte Carlo方法,研究了生物组织的二阶和三阶光学参量对空间分辨漫反射率R(ρ)的影响。当光源与探测器间距离ρ为几个输运平均自由程lt时,漫射近似理论不再适用,R(ρ)与散射相函数的高阶Legendre矩有关。研究表明:二阶光学参量γ对R(ρ)的影响范围约为5lt,在0.6lt<ρ<5lt范围内,R(ρ)随γ减小而降低;三阶光学参量δ对R(ρ)的影响范围约为2lt,在0.3lt<ρ<2lt内,R(ρ)随δ增加而降低;并且当不满足Δδ<<Δγ的条件时,δ对R(ρ)的影响会补偿γ的影响,使R(ρ)与γ的关系变得无规律。

遥感、空间光学仪器

选择了合适的测量方式,建立了铝漫反射板的相对双向反射向反射分布函数的测量装置。通过实验研究铝漫反射板的相对双向反射分布函数在不同情况下的性质表明:不同表面粗糙度的铝漫反射板相对双向反射分布函数随人射角度的变化趋势有所不同;表面镀Al+MgFZ膜反射率可增大约1.5到3倍;

管道机器人基于折反射视觉的无损检测法

管道在工业和生活中得到广泛应用,在役管道的在线检测对维护管道系统安全畅通运营有重要意义。基于视觉的管道机器人能够实现管道的在线无损检测,在此系统中成像系统承担了很重要的角色。本文建立了基于折反射传感器的圆柱空间分辨率检测系统,系统使用了一个激光环作为照明光源,检测系统包括一个曲面镜和一个摄像机作为折射反射传感器,管道瑕疵通过曲面镜在摄像机的CCD上成像,从而实现管道在线无损检测。为了在保证视场宽度的前提下得到最高的检测分辨率,文中针对针孔摄像机焦距的选择以及曲面镜形状的选择给出建议。

时间分辨反射确定生物组织光学参数的研究

从半无限大生物组织出发,研究了从总时间分辨反射确定组织光学参数的方法;将总时间分辨反射漫射理论的结果与MonteCarlo模拟的结果进行了比较,零边界条件(ZBC)和外推边界条件(EBC)的漫射方程对MonteCarlo模拟的数据作非线性拟合确定了约化散射系数和吸收系数,对所确定的光学参数误差作了较详细的分析。研究结果表明,两个漫射模型确定吸收系数的误差小于10%,采用EBC的模型拟合约化散射系数其误差与光学参数有关,ZBC则产生较大的误差。

狭长闪烁体光传输的研究

研究了光在狭长闪烁体内的传输问题,推导出了特定情况下的最佳传输条件。对于狭长的高折射率闪烁体,侧面抛光、充分利用全反射,同时将与探测面相对的端面做漫反射处理,可以获得较高的光收集效率。

光学相关论题 生物光学

Q63 2005043193 平稳状态下匹配介质三层漫射方程的空间分辨漫反射= Spatially resolved scattered reflection of three-layered matched media diffusion equation in the steady-state[刊, 中]／王喜昌(烟台大学光电信息技术学院,山东,烟台 (264005)),宫彦军…／／光学学报,-2005,25(3),-377- 381 根据漫射方程理论,在平稳状态条件下,使用外推边界条件,精确给出了匹配介质中平稳状态下三层体系光的漫射方程格林函数的解。通过此解。

基于电光调制器的布里渊光时域反射仪解调系统性能研究

为提高测温精度和空间分辨率,搭建了基于电光调制器调制探测光脉冲的布里渊光时域反射分布式温度传感系统。分析并验证了电光调制器输出探测光脉冲信号的特性、电信号解调系统中窄带滤波器中心频率以及检波器响应速率对反射测温精度和空间分辨率的影响。结果显示,中心频率为700 MHz的窄带滤波器进行布里渊增益谱扫描时,布里渊光时域反射测温系统可获得高的测温精度;采用响应速率较快的检波器获得的系统空间分辨率较高。在此基础上,采用电光调制器调制脉宽约10ns的探测光脉冲进行测温实验,在约3km的传感距离上获得了±1.24℃的测温精度和1.217m的空间分辨率,实现了较高空间分辨率和温度精度的分布式光纤传感测量。该实验可为BOTDR温度传感解调系统中器件参数的选择提供参考。