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。     

热凝固致良性前列腺增生组织在590～1 064 nm的吸收和散射特性的变化

研究了自然的和热凝固的良性前列腺增生(BPH)组织在590～1 064 nm光谱范围的光学特性及其差异,实验采用带积分球附件的分光光度计以及反向倍增法获取组织样品的吸收和散射特性参数。结果表明：热凝固导致BPH组织在590～1 064 nm光谱范围的吸收系数明显地减小的,自然的和热凝固的BPH组织的吸收系数都有一个峰值在990 nm处,其值分别为0.438和0.416 mm-1,自然的和热凝固的BPH组织的吸收系数的最大差异在1 064 nm,其值为86.79%,其最小差异在920 nm,其值为4.74%。热凝固导致BPH组织在600～1 064 nm光谱范围的约化散射系数明显地增大,而在590 nm处,热凝固导致BPH组织的约化散射系数却是明显地减小,自然的和热凝固的BPH组织的约化散射系数都有一个峰值在970 nm处,其值分别为1.090和1.449 mm-1,其另一个峰值都在1 050 nm处,其值分别为1.116和1.627 mm-1,自然的和热凝固的BPH组织的约化散射系数的最大差异在1 060 nm,其值为47.73%,其最小差异在600 nm,其值为4.86%。     

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。     

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。     

离体正常乳腺组织350～850 nm波段光谱特性

采用带有积分球附件的紫外/可见/近红外分光光度计测量了离体正常乳腺组织在350～850 nm光谱范围的反射率和透射率,运用反向倍加法得到了离体正常乳腺组织在相应光谱范围的光学参数,分析了正常乳腺组织的光学穿透深度随波长的变化情况。实验结果表明：350～850 nm波段正常乳腺组织的约化散射系数μ′_s大于吸收系数μ_a。μ′_s随着波长的增加而减小,即从350 nm波长值为9.731 mm-1～850 nm波长值为1.476 mm-1。μ_a从350 nm波长值为0.798 mm-1～850 nm波长值为0.102 mm-1,410 nm波长处存在一个吸收峰,其值为0.506 mm-1。光学穿透深度随着波长的增加而增大,从350 nm波长值为0.199 mm-1～850 nm波长值为1.439 mm。基于反向倍加法计算获得乳腺组织的光学参数,采用Monte Carlo模拟得到其相应光谱范围的反射率和透射率,并与实际测量值进行比较,二者的一致性较好。实验结果为乳腺组织的光活检及其光学治疗提供重要参考。     

近红外光谱范围人肝癌变和热凝固导致组织吸收和散射特性的变化

研究了人肝的癌变及热凝固导致其对710,730,750,770,790,810,830,850,870和890 nm的钛宝石激光的吸收和散射特性的变化,实验采用双积分球测量系统以及反向倍增法获取肝组织的吸收和散射特性参数.结果表明:人肝的癌变导致其吸收系数发生了显著的减小,其变化的最大值在850 nm,其值为86.12%,而变化的最小值在750 nm,其值为82.65%.正常人肝组织热凝固导致其吸收系数明显变化,其吸收系数的变化的最大值在710 nm,其值为79.55%,而变化的最小值在790 nm,其值为0.72%.人肝癌组织热凝固导致其吸收系数显著地增大,其变化的最大值在810 nm,其值为78.69%,而变化的最小值在710nm,其值为38.16%.人肝的癌变导致了肝组织的散射系数发生了显著的增大,其变化的最大值在710 nm,其值为158.37%,而变化的最小值在890 nm,其值为136.03%.正常人肝组织热凝固导致其散射系数显著地增大,其变化的最大值在890 nm,其值为632.92%,而变化的最小值在710 nm,其值为587.40%.人肝癌组织热凝固导致其散射系数显著地增大,其变化的最大值在810 nm,其值为384.25%,而变化的最小值在710 nm,其值为330.86%.肝组织的吸收和散射特性的变化也随着激光波长的变化而变化.     

椎弓根钉植入针道上骨组织光谱特性研究

运用光谱技术研究了椎骨组织不同位置的特征识别因子.光谱采集系统由双光纤手钻一体式探头(光纤芯径200 μm,中心距离0.5 mm)、卤素光源(波长360~2 000 nm)、光纤光谱仪(检测波长为200~1 100 nm)和计算机组成,可以同时获得生物组织的漫反射光谱和约化散射系数.以猪椎骨为实验对象,测量椎弓根螺钉植入针道上不同骨组织的漫反射光谱和约化散射系数,并对光谱进行特定波长的峰值、面积、斜率分析,获得特性识别因子.研究发现,椎弓根钉植入针道上不同骨组织的光谱表现出不同的变化特性.其中峰值的变化比约化散射系数的变化高1.88倍,面积的变化比约化散射系数的变化高2.05倍.在495~505 nm处,骨密质和骨疏质的光谱斜率都为正值;在520~535 nm处,骨密质光谱的斜率为正值,而骨疏质光谱的斜率为负值.结果表明,通过光谱特性分析获得的峰值、面积和斜率因子能够有效地区分针道上骨密质与骨疏质的差异.     

椎弓根钉植入针道上骨组织光谱特性研究

运用光谱技术研究了椎骨组织不同位置的特征识别因子.光谱采集系统由双光纤手钻一体式探头(光纤芯径200μm,中心距离0.5mm)、卤素光源(波长360～2 000nm)、光纤光谱仪(检测波长为200～1 100nm)和计算机组成,可以同时获得生物组织的漫反射光谱和约化散射系数.以猪椎骨为实验对象,测量椎弓根螺钉植入针道上不同骨组织的漫反射光谱和约化散射系数,并对光谱进行特定波长的峰值、面积、斜率分析,获得特性识别因子.研究发现,椎弓根钉植入针道上不同骨组织的光谱表现出不同的变化特性.其中峰值的变化比约化散射系数的变化高1.88倍,面积的变化比约化散射系数的变化高2.05倍.在495～505nm处,骨密质和骨疏质的光谱斜率都为正值;在520～535nm处,骨密质光谱的斜率为正值,而骨疏质光谱的斜率为负值.结果表明,通过光谱特性分析获得的峰值、面积和斜率因子能够有效地区分针道上骨密质与骨疏质的差异.     

脑组织漫反射光谱与约化散射系数的斜率估算法

约化散射系数是生物组织光学研究中的一个重要的组织光学参数。利用微光纤探头与光纤光谱仪组成漫反射光谱采集系统对脑组织约化散射系数的实时在位测量进行研究。通过悬乳液与模拟胶模型实验推导了700～850nm波段约化散射系数与漫反射光谱斜率绝对值的关系式,用模型对公式的计算精度进行验证,利用该系统实时在位测量了20只大鼠脑组织在700nm、750nm和800nm处的约化散射系数。经统计分析,大鼠脑白质约化散射系数在上述波长处分别为30±5cm-1、28±5cm-1和25±6cm-1,脑灰质约化散射系数则分别为14±3cm-1、13±3cm-1和12±3cm-1。脑组织约化散射系数实时在位测量对脑外科微创手术中的组织识别具有重要的参考意义。     

频域近红外光谱方法定量测量组织氧饱和度

通过精确测量光子密度波的相位延迟和幅度衰减,借助于一个光学参数已知的校准模型,可以定量检测组织的光学吸收参数和约化散射系数.通过测量多个波长下组织的吸收系数,就可以进一步求解出人体局部组织的血氧饱和度.血液－酵母溶液仿真模型和前臂动脉阻断实验的结果都表明该三波长的频域近红外光谱系统可以实时定量地检测组织氧饱和度的动态变化情况.     

Determination of optical parameters of pulp suspensions by time-resolved detection of photoacoustic signals and total diffuse reflectance measurements

Time-resolved photoacoustics were used to measure the optical parameters of pulp suspensions for the first time. Reconstructing stress distribution along the direction of the incident laser light allows the effective attenuation coefficient of these suspensions to be determined. Simultaneously, the total diffuse reflectance of the suspensions was measured by the same laser source. Based on the effective attenuation coefficient and total diffuse reflectance, the absorption and reduced scattering coefficients of pulp suspensions can be calculated. In this study, three kinds of pulp suspensions with different kappa number (2, 13, and 16), a measure of lignin content in pulp fibers, were diluted with water to make samples with a consistency range from 1% to 5%, and studied at 355 nm wavelength. The results showed that the optical coefficients were approximately proportional to pulp consistency; on the other hand, the absorption coefficient was linearly correlated with kappa number, but the reduced scattering coefficient was not. Therefore, by determining its optical parameters, it is possible to extract the consistency and kappa number of an unknown pulp suspension.     

紫激光辐射人肺组织的光学特性

应用光纤探测系统和自行研制的光纤探针深度针,成功实现了Ｋｒ＾＋紫激光辐射新鲜离体人肺组织体表面漫反射率和内部光能流率分布的精确测定,并利用漫射理论和加倍（ＡｄｄｉｎｇＤｏｕｂｌｉｎｇ）方法的部分结论,获得了紫光从肺癌组织和正常组织的主要光学特性参数,与蒙特卡罗法拟合实验的光分布曲线得出的结果一致秋临床实际应用提供了重要的原始参数。     

Absorption Coefficient Measurements of Strongly Scattering Media Using Time-Resolved Transmittance of a Short Pulse in Near-Infrared (NIR) Wavelength Range

Absorption coefficient measurements of strongly scattering and weakly absorbing media have been performed using time resolved transmittance of a 100 fs pulse through a 30 mm slab containing latex spheres suspended in water and absorbing ink solutions. The scattering and absorption coefficients were selected so that the optical properties of the media were similar to those of biological tissues. Measured curves of time-resolved transmittance of the pulse through the media were used to estimate the optical properties of the media. The experiment was made at two different wavelengths, 784 nm and 810 nm. Estimated absorption coefficients were in good agreement with those measured in a nonscattering case by a spectrophotometer.Presented at the 7th International Workshop on Multiple Scattering Lidar/Light Experiments (MUSCLE7), July 21-23 1994, Chiba, Japan.     

Measurement of the absorption coefficient of scattering liquid media by the calorimetric method

Using the example of a number of hydrosols (gold nanorods and nanoshells, silver nanoshells, zinc phthalocyanine nanoparticles), we show that the absorption coefficient of a scattering liquid medium can be measured from its heating by a short-time laser irradiation. The degree of heating was determined from expansion of the liquid in an ampoule with a capillary (the principle of liquid thermometer). Irradiation was performed at a wavelength of 671 or 1069 nm. From the transmission of samples of hydrosols at these wave-lengths, the sum of the absorption and scattering coefficients has been determined. To measure the absorption spectra of scattering liquids by this method, a laser with a tunable radiation wavelength is required. In the case of monodisperse colloidal solutions, the method ensures the measurement of the absorption and scattering cross-section ratio of particles.     

H2O分子泛频振动谱的半导体激光检测

本文使用0.82μmAlGaAs激光二极管(LD)观测H_2O分子(0,0,0)—(2,1,1)泛频振动吸收谱,获得822.6～823.2 nm波长范围内H_2O分子26条泛频吸收谱线.其中,检测谱线的最小吸收系数α_(min)～3×10~(-6)cm(-1),对α～1×10~(-4)cm~(-1)谱线所获得的信噪比(SNR)约60.本文还观测了气体压强对泛频谱线形、线宽的影响,测量了泛频谱线的压强增宽系数β_p～0.128MHz/Pa.