光学参数研究现状

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1、光学参数研究现状双积分球技术近年来，激光在生物医学上的应用得到人们越來越广泛的关注，其中生物组织光学特性在光与组织体的相互作用中扮演着重要的角色。组织光学特性参数用來表述组织的光学性质，为临床的页疗诊断和治疗提供参数指标，对氏学领域的相关应用有重要的指导意义。生物组织是一种复杂介质，是一种高散射随机介质，研究光与这种随机介质的相互作用并通过相互作用來反映有关组织内部的特征信息是近儿年光学技术研究较为活跃的前沿领域之一，并逐步发展成为一种新兴学科分支——组织光学。组织光学的核心是发挥光子学测量的实时、无损或微创等优势，利用各种光子

2、学技术，通过测量组织光学特性参数的变化來揭示生物组织结构与功能的变化。因此，光学特性参数的测量对组织光学至关重要。随着激光生物页学的普及，特别是各种新型激光器的出现，激光正广泛应用于生物医学领域的各个方血。令人遗憾的是，口前有关激光生物医学领域的基础研究并未跟上临床应用，实际的应用中还存在着很大的盲目性，“经验〃起着很重耍的作川。其主耍的原因在于，对激光与生物组织相互作用机理认识不足。为研究光-与组织的相互作用，诸多模型被捉出來了，这些模型的准确性取决丁-组织光学特性参数的测量。因此，光学特性参数的准确测量对组织光学至关重要,它

3、是进一步研究光在生物组织中传播的基础，对激光外科，光动力疗法等激光临床应用都有重要的指导意义。凡是与光学参数有关的关系和规律，均可成为测量的依据和原理，因而组织体光学特性参数的测量方法及所涉及的内容儿乎包罗力-象。测量纟IL织光学特性参数方法有时间分辩、空间分辩、频率调制，超快时间分辩谱和空间分辨谱，枳分球技术甚至神经网络技术等等。各种测量方法各有千秋，双积分球技术是口前公认最为耕确的一种测量技术。该技术采用的是一种离体的间接光学特性参数测量方法，是将积分球系统及传输理论的精确解结合起來实现的。在C知生物组织样品厚度的情况下，利

4、用积分球系统测量组织样品的反射率，透射率以及准玄透射率，而后再根据特定的组织体光学传输模型就叮以获得组织体的主要光学特性参数。它能够同时获取离体生物样品的各项光学特性参数，并且可以分别考虑组织的层状结构，如可以对离体的真皮和表皮分别进行测量，是研究组织光学的一种重要方法。生物组织中的光传输以及牛物组织的光学特性是41物医学光子学重耍的研究内容，在医学上对疾病的光诊断和光治疗有重要的理殓和实际的意义。因此本论文对光在心物纟I［织中的传输以及生物组织光学特性参数的测量进行了理论和实验研究。从光的传输理论出发，在漫射近似下获得了生物组

5、织内光传输的漫射近似方程，并且在不同的边界条件下对无限细光束垂直入射到半无限人组织的漫射方程进行了求解，给出r组织表面漫反射系数的时间和空间分辨的表达式。生物组织是由不同人小、不同成分的细胞和细胞问质组成的，对可见光和近红外光通常昱现出不透明、混沌和高散射的特点。光在生物组织传播是一个很复杂的过程，其主要特点是生物组织对光波的散射和吸收。确定生物组织光学特性参数是页学诊断和治疗领域中迫切需要解决的问题，是生物医学光子学研究的热点之一。忖前，牛物组织光学特性参数的测量方法主要冇直接测量法和间接测量法，其屮活体组织的无损测量法是研究

6、的热点。出于生物组织结构的多样性和复杂性，从口前国内外报道的研究和测量结果來看，所获得的牛物组织的光学特性参数有较人的离散性，表明光传输理论或其他相关的理论尚冇待进一步完善，依据光传输理论所建立测量方法与技术尚在理论和实验研究阶段，对于实际页学临床的使用还有人量的工作要做。另一-方面，传统的光学参数有吋并不适合于实际应用，寻找新的参数，使其能够更准确、更具特异性的体现生物组织的特性，也是今后这方而工作的一个重点。历史上曾经提出两科t不同的理论来处理光波在随机分布粒了群中的传播问题，一种称为斛析理论，另一种称为输运理论。解析理论也

7、称为多次散射理论，它从Maxwel1方程或波动方程这种基本微分方程出发，引进粒子的散射和吸收特性，并求出方差和和关函数这些统计量的适当的微分方程或积分方程。原则上，这种理论考虑了多次散射、衍射和干涉效应，在这个意义上说，它在数学上是严格的。但是，实际上它不可能得到完全包括这些效应的解，产生有用解的各种理论电都是近似的，侮一种理沦只在一定的参数范围内才有用。输运理论也称之为辐射传输理论，它是由Schuster于1903年首创的。输运理论不是从波动方程出发，而是直接讨论能量通过包含粒子的介质时的输运问题f281。该理论的研究比较直观

8、，它缺少解析理论那种数学上的严谨。尽管在描述单个粒子的散射和吸收特性时考虑了衍射和干涉效应，但输运理论木身并不包括衍射和偏振效应，仅有所谓的可由实验确定的组织光学性质基木参数。为此，引入吸收和散射特征参数：吸收系数、散射系数。散射相函数和平均折射率用來描写光与生