混浊介质多光子激发显微成像的快速模型

将二维点扩散函数（PSF）和蒙特卡罗方法相结合,引入了一种研究混浊介质显微成像的快速仿真模型,将该模型用于混浊介质的多光子激发（MPE）显微成像研究,极大地提高了模拟效率,与直接蒙特卡罗方法计算结果的比较证实了该方法的正确性和有效性,此外,一个计算实例说明了混混介质的多光子激发显微成像具有比共焦荧光显微成像更优的横向分辨率。     

生物样品的散射和吸收特性对双光子激发和共焦成象深度的影响

本文研究了生物样品的散射和吸收特性对双光子激发和共焦成象深度的影响.生物组织内30μm的成象结果表明,双光子激发具有比共焦成象更深的成象深度.来自生物组织的模型实验和蒙特卡罗模拟均表明,散射和吸收的影响是导致这一特点的重要原因.     

多光子成象术中深层图象损耗恢复的研究

本文在分析混浊介质对共焦三维扫描图象衰减的基础上,建立了多光子激发荧光扫描的深层图象恢复的数学模型.依照此模型对深层图象进行依赖组织光学参量的恢复,并给出了猪表皮三维扫描成象的恢复图象.     

双层散射介质的单次后向散射光谱分析

从上皮组织的结构特点出发,基于米氏(Mie)散射理论,建立了双层散射介质的单次后向散射光谱的理论模型,该模型通过偏振门屏蔽来自下层的噪声背景,只保留来自上层的单次散射光。计算分析了粒子的形态学参量如平均尺寸及其分布、相对折射率变化时,单次散射光谱的特征。并用傅里叶波形分析法研究了这些参量对单次后向散射光谱曲线形状及其谐波幅值的影响。结果表明,这些只经历了表层粒子单次散射的光谱信号对表层粒子的平均尺寸及其分布、相对折射率具有灵敏性。对光谱曲线波纹结构的幅值、频率,散射强度,光谱谐波的幅值有直接的影响。研究结果对早期癌症的散射光谱特征识别及其特征提取有重要的实用价值。     

混浊介质中线偏振光和圆偏振光的后向漫散射特征

以标准的组织模型Intralipid脂肪乳溶液为研究对象,采用CCD偏振成像系统,通过测量该混浊介质的后向漫散射光的斯托克斯矢量,深入研究了不同方位的线偏振光及不同旋向的圆偏振光入射时,后向漫散射光的特征.研究结果表明：对不同的入射偏振态,后向漫散射强度、偏振度的空间分布具有方位选择性,强度和偏振度的大小随距离入射点的距离增加而减小;介质浓度增加,后向散射强度增加,偏振度减小,且同一浓度下,圆偏振光的偏振度总是高于线偏振光.     

Determining particle size distribution and refractive index in a two-layer tissue phantom by linearly polarized light

We report a new method for measuring particle size distribution (PSD) and refractive index of the top layer in a two-layer tissue phantom simulated epithelium tissue by varying the azimuth angle of incident linearly polarized light. The polarization gating technique is used to decouple the single and multiple scattering components in the returned signal. The theoretical model based on Mie theory is presented and a nonlinear inversion method - floating genetic algorithm - is applied to inverting the azimuth dependence of component of polarization light backscattered. The experiment results demonstrate that the size distribution and refractive index of the scatters of the top layer can be determined by measuring and analyzing the differential signal of the parallel and perpendicular components from a two-layer tissue phantom. The method implies to detect precancerous changes in human epithelial tissue.     

混浊介质中后向单次漫散射米勒矩阵特征

采用斯托克斯(Stokes)矢量形式,推导出当无限窄的连续光束垂直入射到混浊介质表面时,后向单次漫散射米勒(Mueller)矩阵的解析表达式。基于米氏(Mie)散射模式,详细分析了单次散射米勒矩阵元素的分布模式,以及与介质粒子数密度,粒子尺寸参量之间的关系。研究表明:单次散射米勒矩阵的方位变化随粒子数密度的增加,逐渐消失,而矩阵元素m22,m33,m23,m32随粒子数密度的变化,具有更显著的方位变化特征。矩阵元素m22,m33在方位角=45°时的值随尺寸参量的变化有一定的规律性,当尺寸参量小于某一特征参量时,其值呈下降趋势,反之则呈波动上升趋势。当介质粒子数密度以及粒子尺寸参量改变时,米勒矩阵元素强度的径向分布模式不变,即在任何方位,强度随径向距离都近似成指数规律衰减,方位变化呈周期性。     

混浊介质多光子激发荧光显微成像的蒙特卡罗模拟

将蒙特卡罗方法与几何光线追踪技术相结合用于研究样品混浊特性对多光子激发蒌光显微成像的影响。推导了模拟多层样品显微成像的数学模型,给出了用程序框图表示的基本仿真系统骨架,对传统蒙特卡罗方法的改进有效地增强了对聚焦光束的模拟能力,初步的模拟结果说明了混浊介质散射特性对显微成像的显著影响。     

用遗传算法反演类上皮组织模型的偏振散射光谱

基于生物组织的粒状模型以及光谱对米氏(Mie)散射体形态的灵敏性,构建了类上皮组织模型的偏振后向散射光谱反演模型。针对反演模型的多参量、多极值、非线性,涉及到非常复杂的三角函数计算,模型空间极小的特点,采用每代保留最优个体的浮点遗传算法对类上皮组织模型的偏振后向散射光谱反演。对编码策略、适值调整策略及选择策略进行了讨论。研究结果表明:经过70代反演迭代,每个参量的相对误差趋于稳定,最小的达到0.02%左右,最大的不超过3%。采用基于实数编码的遗传算法能从偏振散射光谱中同时反演获得表层粒子的形态参量,具有全局收敛性和良好的反演精度与抗噪声能力。     

浅表组织后向散射检测中偏振门的蒙特卡罗研究

已有实验表明偏振门和斜入射技术能有效地抑止深层散射光子,实现浅表组织光学特性的检测。采用蒙特卡罗方法,分析了斜入射、偏振门的特性,研究了组织光学参量和入射角等参量对平均探测深度的影响。结果表明,组织的各向异性因子和入射角对平均探测深度影响较大。当各向异性因子较小(小于0.8)或者入射角较大(大于1.4 rad)时,组织的平均探测深度能满足小于2倍平均自由程的要求。偏振门和斜入射技术均可使探测光子经历的散射次数和探测深度有明显减小,因此,结合偏振门和斜入射技术能够更有效地分辨来自浅层的信号光,抑止来自深层的背景光。