光子密度波在正常和异常生物组织中传输的模拟研究

本文研究光子密度波在模拟生物组织中传播的变化规律 ,探讨了在各种条件下光子密度波的特性和引起光子密度波畸变的因素 。

人体组织中光子密度波漫射理论的模拟研究

运用矩阵变换方法对已有的无限长矩形条件下的扩散方程的解析解进行了化简,大大提高了计算机模拟的速度。利用给定的人体前臂组织的典型光学参数,给出了扩散方程解析解的模拟计算结果。分析了介质的基本光学特性参数对漫射光子密度的影响,在验证已有的理论基础上,发现该模型下的解析解不适用于漫射系数D较大的情况。

基于光子散射的功能成像技术

阐述了基于光子散射模型下的功能成像技术.运用蒙特卡罗方法对光子在介质中的散射路径进行了模拟和分析,从而引入光子散射的概念.通过对光子散射方程的解释引入了散射光子密度波的概念.通过无限大模型下光子密度波的波方程,引出光子密度波的异质模型.建立了基于消元的奇异值弱化重建算法,完成了对病态方程的求解,实现了对内嵌于均匀介质中异质的吸收系数分布图像的重建.在基于光散射成像技术所开发的成像系统平台下实现了异质小球的成像实验,对多个不同浓度的物体完成了成像,探测到介质中由于微小浓度改变而引起的吸收系数变化.

多散射介质中光子密度波扩散方程的二阶求解

对于生物医学光子学领域中的新技术——扩散光子密度波技术进行了理论上的研究与扩展,给出了长为a,宽为b,高为无限大的矩形边界条件下光子密度波扩散方程的二阶微扰解析解。由于实际测到的物理量多为光通量,演算出了与入射面相对应面处的光子通量和介质中的吸收系数改变量之间的关系。并利用人体前臂肌肉组织的典型光学参数,给出了二阶微扰解的模拟计算结果,并与一阶微扰计算结果进行了比较。结果表明,二阶微扰解比原有的一阶微扰解在计算精度上有一定的提高,尤其是在异常体附近精度更是有较大的提高。所得二阶结果不仅为利用扩散方程进行生物组织成像问题提供了更加精确的理论基础,而且对于图像质量尤其是分辨异物的能力的提高具有促进作用。

光子密度波扩散方程中的格林函数

在分析有关格林函数在光子密度波扩散方程中应用情况的基础上,根据所设定的实验模型要求,将展开法与电像法相结合求解了满足扩散方程的格林函数,并详细推导了获得该函数的过程.该函数更加适合于所设定的实验模型,并便于对扩散方程进行更为精确的求解.

基于漫射光子密度波的硬质仿体光学参数的测量

本研究制作了与组织光学参数相近的硬质仿体作为研究对象,使用漫射光子密度波(diffuse photon density waves,DPDW)技术,设计了一个基于DPDW的硬质仿体光学参数测量系统。由网络分析仪在300 KHz^1 MHz频率范围内对激光器进行交流调制,在与光源间隔1 cm处接收漫射光子,经过解调获得幅值与相位的数据。利用光辐射方程对获取的数据进行曲线拟合,进而得到硬质仿体的吸收系数和约化散射系数。实验结果表明,对3种不同吸收系数的硬质仿体的检测中,μa和μ's的检测最大误差分别为0.282、0.003 cm-1,平均相对误差分别为19.8%、23.7%,吸收系数检测结果的相关系数为0.999。测量精度满足常规生物组织光学特性测量要求,本系统将在硬质仿体的检测以及生物组织检测等领域发挥重要作用。

光子扩散理论及其在生物医学中的应用

本文介绍了目前生物医学光子学领域内引人注目的新技术—扩散光子密度波技术的理论基础、系统及国内外的最新进展。首先 ,概述了描述光子在混浊介质中传输的各种理论 ,不同理论间的相互关系及适用范围。随后 ,介绍了适用于大组织的扩散理论及基于扩散理论的时域和频域技术。重点介绍频域技术及相关的应用和系统 ,并进行了比较。总结了国内外在这一技术上取得的进展及其可能的应用前景。