基于时间分辨的多层组织体光学参数计算方法研究

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1、中文摘要组织体光学参数测量的方法与技术是现今激光医学诊断和治疗发展的迫切需要，这些参数与组织体的生理状态内在相关。但二者的共同作用使得测量结果的生理意义很难解释，如果能够分别的定量吸收系数和散射系数就可以提取出组织体的生理及结构特性。本文的目标是发展一套基于单光子计数系统时间分辨测量的组织体光学参数计算方法。对于半无限组织体模型，比较了几种基于扩散方程的光学参数计算方法。特征参数方法简易，速度快，但稳定性不好。曲线拟合方法受到测量系统零点偏移的困扰。本文改进了曲线拟合方法，选取时间扩展函数曲线中包含信息最重要的一部分，从曲线最大值点开始。改进的曲线拟合结果精确度明显提高。对于多层的组织

2、体模型，我们选取了MonteCarlo模拟——统计模拟随机抽样方法，它是检验散射介质中各种近似解法的一种非实验标准。本文首先建立了光在多层组织体内传播的正向MonteCarlo模型，获得了反射光的时间扩展函数。使用该正向模型拟合时间相关的单光子计数系统测量模型所得的时间扩展函数，当二者的均方拟合误差最小时，认为此时MonteCarlo模拟使用的参数是介质的光学参量。即解决一个无限制非线性优化问题。为了解决逆MonteCarlo模拟计算收敛速度慢的缺点，使用了压缩MonteCarlo方法充当正向模型加快拟合速度。为此建立了压缩MonteCarlo方法所需的光子在零吸收组织模型中传播的数据

3、库。如果距离变量使用插值、时间变量使用曲线拟合，那么理论上可以根据此数据库迅速获取任意吸收、散射(各项异性因子与折射率不变)的组织体在任意光源一探测器距离的时间分辨函数。MonteCarlo随机抽样会导致两次正向模拟之间会有差异，压缩MonteCarlo方法使用数据库可以避免这个问题。使用两层的固体组织模型在不同光源一探测器距离时的验证初步表明该方法可以由测量所得的多层组织体模型时间扩展函数，迅速的获得各层的吸收系数和约化散射系数。关键词：组织体光学参数单光子计数系统时间扩展函数光学参数测量压缩MonteCarlo模拟ABSTRACTThedetenninationOfbiologic

4、altissueopticalpropeniesisaquestionofconceminmanylasermedicineapplications，bothdiagnosisandtherapy-TheyarebelieVedtoberelatedtoimponantphysiologicfunctionsandactivitiesHowever，the．jointinnuencesofabsorptionandscatteringonthephotonmi汀ationmakeitdi硒culttointerpretthephvsicalinfo肿ationembeddedwithi

5、nmeasurement．Therefore，forextractingbiologicalphysiologyands仉Jcture，itisfundamentaltoquantitatiVelyseparatethealbsorptionandscaneringcoe伍cjents．Inthispaper，amodelbasedondistributionoftimesofflight(DOTF)ofphotons，whichismeasuredbyatime—correlatedsinglephotoncountingsystem，isin仃I)ducedtoretrieveth

6、elightabsorption锄dsca仕eringcoef五cientsofmulti．1aVeredtissue．TheexnactingmethodSf．orahalfinfinitemodelbasedondif如sionequationwerestudied．It’sfoundthatthemethodoffeamredparametersisf如tbutinstableandthemethodofcurvefittingispe叩lexedbythezer0con．ection．Animpr0、red印rve6ttingme也odwaSapplied，whichfitSt

7、hechosenpoints也atmoStfe抛red，and也eprecisionofex仃actedo口ticalprop确esisincreased．．MonteCarlosimulationis1lsedf．0rthedel．e衄inationof1n_ul矗．1avered6ssueo口ticalpropenies，andit’sthenon—e)【perimentalstan捌forv撕0usapproxim撕onofphotonp