牙齿组织光学穿透深度有限元仿真分析

利用有限元方法对光在二维牙齿双层有限尺寸模型中传输的扩散方程进行求解,获取了光能在组织体内部的分布情况,并对牙釉质和牙本质在不同光学参量模型下的光学穿透深度进行仿真分析.结果发现,穿透深度随牙釉质散射系数的增大而减小,随牙本质的散射系数增大而增大.但牙釉质的穿透深度随散射系数的变化率（βe=0.007 97）要远远大于牙本质（βd=0.000 828）.采用Monte Carlo随机统计方法验证了本文有限元求解扩散方程的正确性.     

牙齿组织自体荧光光场仿真分析

利用有限元数值方法对扩散方程进行求解,将激发光场作为荧光传输扩散方程的光源,获得了二维牙齿模型内部自体荧光光场的分布。讨论了牙釉质和牙本质不同散射系数时牙齿上表面的荧光能量分布。发现牙齿上表面荧光能量随牙釉质散射系数的增大而降低,随牙本质散射系数的增大而增大。并对牙釉质和牙本质的散射系数的改变量对荧光能量的影响进行了定量分析,结果表明βe=2.62,βd=0.0502,牙釉质散射系数的改变对荧光能量的影响远远大于牙本质。利用Monte Carlo随机统计方法对牙齿组织自体荧光进行仿真,发现与有限元结果吻合较好,验证了有限元求解组织体荧光光场分布的正确性。     

基于有限元模拟的圆柱边界介质中的光传输

应用有限元模拟方法,在外推边界条件下研究圆柱介质中的光传输问题,讨论了不同光学参数条件下圆柱表面空间分辨反射率和穿透深度的规律,并且与有限元分析、Monte Carlo模拟和解析解方法的结果进行比较.结果表明:有限元模拟的结果与Monte Carlo模拟的结果吻合度很好,其空间反射率在光学参数满足漫射近似条件μ′s/μa≥5时误差小于10%,在非近源区甚至小于5%;穿透深度的值随μ′s/μa值增大而增大.但比Monte Carlo模拟的穿透深度略小,误差不超过7%,且μ′s/μa的值越大时该误差越小.有限元模拟结果比解析解方法的结果误差要更小,解析解方法在μ′s/μa≥5时,其误差在非近源区接近10%,在近源区会超过15%.此外比较了三种方法的计算速度.单次运算有限元模拟用时约385s,甚至比通常用于快速计算的解析解方法(单次运算耗时416s)更快,而Monte Carlo模拟单次运算耗时8~9h.考虑到有限元模拟方法的介质模型构建简便,计算速度快,且模拟结果有着不错的精度,该方法对圆柱边界乃至一般具有曲率的复杂介质中光子辐射传输问题具有非常好的应用前景.     

OCT系统对人体牙齿组织的非失真成像深度的研究

利用基于蒙特卡罗方法的牙组织光学相干层析(OCT)成像模型,研究了不同牙组织的OCT非失真成像深度。通过模拟入射高斯光束以及光在牙组织中的传输,分别获得了单层牙釉质、单层牙本质以及两层牙组织结构的二维仿真OCT图像,与实验结果具有定性的一致性。通过分析二维仿真OCT图像所对应的一维OCT信号,分别得到了三种牙组织结构的平均非失真成像光学深度。研究结果表明,OCT系统对牙齿组织的非失真成像光学深度在150~2400μm之间,其中牙釉质的非失真成像深度要远大于牙本质的成像深度。所得的结果对于在实验中利用OCT图像对组织结构有效信息进行判断具有一定的参考价值。     

5个不同波长的激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱组织光学特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理以及运用生物组织的光学模型,研究了476.5, 488, 496.5, 514.5和532 nm激光及其线偏振激光辐照人正常膀胱组织的光学特性。结果表明：组织对激光及线偏振激光的总衰减系数和散射系数均随着波长的增大而减小,而且线偏振激光与非线偏振激光入射是有明显的差异。吸收系数是随着波长的增大而缓慢地减小,但有一些起伏,而与是否线偏振光入射无明显差异。平均散射余弦也是随着波长的增大而减小,而且线偏振激光与非线偏振激光入射是有明显的差异。光学穿透深度则是随着波长的增大而增大,而有一些起伏。折射率在这5个波长范围内的值在(1.37～1.44)之间。Kubelka-Munk二流模型下组织对同一波长的激光及其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数和有效衰减系数没有显著性差异(P＞0.05)。组织对不同波长的激光或其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数和有效衰减系数则有些是有明显的差异。     

Ar+激光和532 nm激光及其线偏振激光辐照光学模型下人正常小肠组织光学特性

采用双积分球系统和光辐射测量技术的基本原理以及运用生物组织的光学模型 ,研究了 4 76 5 ,4 88,4 96 5 ,5 14 5 ,5 32nm激光及其线偏振激光辐照人正常小肠组织的光学特性。结果表明 :组织对激光及线偏振激光的衰减系数和散射系数随着波长的减小而增大 ,而 5 14 5～ 5 32nm波长之间 ,线偏振光与非线偏振光入射则开始有明显差异。吸收系数是随着波长的减小而缓慢地增大 ,而 5 14 5～ 5 32nm波长之间吸收系数的改变则明显变小 ,与是否线偏振光入射无明显差异。平均散射余弦也是随着波长的减小而增大 ,光学穿透深度则是随着波长的增大而增大 ,折射率在这五个波长范围内的值在 (1 38～ 1 4 8)之间。Kubel ka Munk二流模型下组织对同一波长的激光及其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数、有效衰减系数没有显著性差异 (P >0 0 5 )。组织对不同波长的激光或其线偏振激光的吸收系数、散射系数、总衰减系数、有效衰减系数是有差异的。而在 5 14 5～ 5 32nm波长之间其光学特性参数有较为明显的差异。     

DMSO与噻酮对离体猪皮组织光学特性参量改变的定量分析

从定量的角度评价高渗制剂与组织光学特性参量改变的关系.利用FT-IR红外光谱仪与双积分球系统,对离体猪皮组织在促渗剂二甲基亚砜与噻酮作用下的光谱进行测量,并运用逆倍增方法计算得到组织的光学参量.结果表明:离体猪皮组织的光学特性参量(吸收系数和散射系数)随着高渗制剂作用时间的增加明显减小,光在组织中的穿透深度增加.由此可知猪皮组织的光学特性参量在两种促渗剂作用下随时间发生了动态改变,且噻酮具有比二甲基亚砜更好的清透效果.     

热作用致良性前列腺增生组织的光学特性变化

研究了热作用下的良性前列腺增生(BPH)组织对808和980 nm的半导体激光的光学特性的变化及其差异。实验采用双积分球测量系统以及反向倍增法获取良性前列腺增生组织的光学特性。结果表明,热作用下的良性前列腺增生组织对808 nm和980 nm的吸收系数、约化散射系数和光学穿透深度都是随着加热温度的变化而变化的,在20~80℃的温度范围内,良性前列腺增生组织对808 nm的吸收系数和约化散射系数都分别明显地较其对980 nm的吸收系数和约化散射系数要大,而其对808 nm的光学穿透深度却明显地较其对980 nm的光学穿透深度要小,吸收系数的最大值都在20℃,分别为0.528 mm-1和0.448 mm-1;最小值分别在50℃和70℃,分别为0.436 mm-1和0.326 mm-1,吸收系数的最大差异在70℃,其值为34.1%;约化散射系数的最大值都在80℃,其值分别为1.45 mm-1和1.43 mm-1,最小值分别在20℃和70℃,分别为1.15 mm-1和0.973 mm-1,最大差异在70℃,其值为24.4%;光学穿透深度的最大值分别在50℃和70℃,其值分别为0.684 mm和0.887 mm,最小值都在80℃,其值分别为0.608 mm和0.696 mm,最大差异在70℃,其值为30.4%。在70℃的热作用下良性前列腺增生组织达到完全热凝固,吸收系数、散射系数和光学穿透深度的差异达到最大值。     

亚声速段横向射流对Coil性能影响的数值研究

在化学氧碘激光的混合喷管内发生的是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响.利用三维CFD技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程,对简化后的化学氧碘激光RADICL模型进行数值模拟与分析,对COIL的气动和增益特性进行探讨.在不同的射流穿透条件下,计算COIL混合喷管中的混合与化学反应过程,发现穿透深度决定了增益的分布特性以及过度穿透条件下的非定常结构.     

亚声速段横向射流对C0il性能影响的数值研究

在化学氧碘激光的混合喷管内发生的是一个气体动力学、化学反应动力学以及光学等相互耦合的复杂过程,每个过程都对COIL性能有着至关重要的影响.利用三维CFD技术,通过求解层流Navier-Stokes方程与组分输运方程,对简化后的化学氧碘激光RADICL模型进行数值模拟与分析,对COIL的气动和增益特性进行探讨.在不同的射流穿透条件下,计算COIL混合喷管中的混合与化学反应过程,发现穿透深度决定了增益的分布特性以及过度穿透条件下的非定常结构.