透明剂对生物组织光学相干层析成像的影响研究

生物组织光透明技术针对生物组织具有的高散射及浑浊特性,严重影响生物组织成像的对比度及分辨率等问题,提供了较好的解决办法。把离体猪皮表面涂抹不同浓度的聚乙二醇、甘油、丙二醇这些光学透明剂(Optical Clearing Agents, OCA),利用光学相干断层析(Optical Coherence Tomography, OCT)技术对其进行动态监测,有效地提取测量信号在渗透过程中随测量深度的变化。结果表明,利用光透明技术均可增加OCT的成像深度,但对于不同OCA不同深度的作用效果不同。该研究为了解OCA浓度及作用时间对于不同深度最优选择,提供有价值的数据参考,进一步理解了OCA的作用机制,对于OCA在医学方面的应用有一定的指导作用。     

基于不同波长的光对葡萄糖溶液旋光色散的研究

通过不同波长的光源照射葡萄糖水溶液,观察到旋光现象,并测出了不同波长所对应的旋光度,从而计算出它们的旋光率。通过分析测量数据得,在一定温度下葡萄糖溶液旋光率与波长具有对应的函数关系,证实了旋光率与照射光源波长倒数的平方成正比。     

Optical Clearing of Biological Tissues with a Number of Disaccharides

Optics and Spectroscopy - In this paper, we study the interaction of five immersion agents based on solutions of disaccharides (sucrose, maltose, lactose, trehalose, and cellobiose) with collagen...     

低频超声波和甘油对皮肤组织光学透明的反射光谱研究

研究了经低频超声波和促渗剂处理后的猪皮组织在波长为400～860 nm 范围内随时间变化反射光谱特性的变化及各组于580 nm处分别在0～15 min和15～30 min时间段各组反射光谱的改变程度。实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统。结果表明：在波长为400～860 nm 范围内,空白对照组在整个过程中组织的反射光谱变化比较少;经超声波处理后组织对光的反射率在0～15 min内是增加的,而且变化相对明显,但随着距超声波停止处理的时间加长,组织对光的反射率又慢慢恢复原状;经80%甘油处理组相对于空白对照组反射率减少得比较快;经超声波和80%甘油处理后组织的反射率变化最明显,特别是在0～15 min内下降速度最快,而且对于波长580 nm 处在0～15 min时间内第4组组织反射率的变化的速率与其他组在相同时间段内比较是：为第1组的约4.0倍和第3组的约2.3倍(在0～15 min时间内),第1组组织反射率减少了1.896%;第3组组织反射率减少了3.316%;第4组组织反射率减少了7.551%。从上面的结果发现,超声波和促渗剂80%甘油对皮组织的光透明性不仅具有协同效应,而且可以使皮组织在短时间改善光透明性。     

噻酮对离体乳猪皮肤光透明效果影响的实验研究

研究一种新型促渗剂——噻酮对皮肤组织光透明效果的影响。分别用单纯聚乙二醇400(PEG400)溶液以及PEG400与噻酮的混合溶液作用于含角质层及去角质层的离体乳猪皮肤,利用积分球系统动态检测样品对632．8 nm光的透射率变化,并对样品拍照获得直观图。结果表明:混合溶液作用于两种皮肤模型后,其光透明性均有不同程度的增加,即衰减系数降低;比较去角质层皮肤与含角质层皮肤的衰减系数的变化,前者比后者大19倍;单纯的PEG400仅对去角质皮肤有一定的光透明效果,并且所导致的皮肤衰减系数的降低仅为混合液作用后的2/3。因此,噻酮作为良好的促渗剂能与PEG400产生协同效应,有效提高皮肤光透明效果。     

Determination of the Diffusion Coefficient of 40%-Glucose in Human Gum Tissue by Optical Method

Optics and Spectroscopy - The problem of increasing the depth of light penetration in biotissues, which is solved by the use of immersion agents, including hyperosmotic ones, such as glucose, is...     

噻酮提高在体大鼠皮肤光透明效果的实验研究

为探讨在体皮肤实验中最为简便有效的给药方式,将化学渗透促进剂噻酮与聚乙二醇400(PEG400)的混合溶液直接作用于去除部分角质和含角质的在体大鼠皮肤,利用CCD拍照进行直观观察,并通过反射光谱的变化来反映皮肤光透明效果,同时与单纯PEG400作用进行了对比.结果表明:混合溶液可以使去除部分角质皮肤在15 min内反射光谱明显下降,并产生显著的光透明效果,30 min后皮肤更加透明;而单纯PEG400以及未去除角质层的完整皮肤均无光透明效果.因此,结合物理方法去除部分角质层、并添加促渗剂噻酮,能以非侵入方式,快速、有效提高PEG400对在体皮肤的光透明效果.     

Optical Clearing of Human Skin Using Some Monosaccharides in vivo

Optics and Spectroscopy - We present the results of in vivo optical immersion clearing of human skin by aqueous solutions of some immersion agents (ribose, glucose, and fructose monosaccharides and...     

左手材料光纤的标量解近似

从Maxwell方程组出发,讨论纤芯为左手材料,包层为右手材料的阶跃型光纤.在弱导的情况下,假定横向场的极化方向保持不变,推导了横向电场满足的Helmholtz方程,利用边界条件,经过数学计算,建立了左手材料光纤标量解的特征方程,画出了左手材料光纤LP01模和LP11模的色散曲线.比较左、右手材料光纤的特征方程及其相关曲线,得到了左手材料光纤的某些奇异特性.     

Optical Imaging and Tissue Characterization with Polarization Discrimination of Time-Gated Signals

In this paper we demonstrated the effectiveness of imaging in a tissue phantom with isotropic scattering using polarization discrimination combined with the time gating method. This simple polarization discrimination technique was shown ineffective when it was applied to filamentous tissues. In this situation, we utilized the time-gated degree of polarization (DOP) imaging technique to show that the DOP measurement was quite effective for high-quality imaging of objects in filamentous tissues. We also applied this technique to the characterization of myocardial tissues and showed the difference between normal and abnormal tissues. In addition, we demonstrated a novel method for target depth determination in a turbid medium based on co-polarized light measurements. This method relied on the strong dependence of transmitted co-polarized intensity on target depth.     

氯化钠对葡萄糖水溶液近红外光谱的影响

人体内钠盐的含量影响血糖代谢且与糖尿病具有较高的相关性。因此,在进行血糖的近红外光谱无创检测时,不仅要考虑血液中大颗粒及大分子物质对光谱的吸收和散射影响,也应从分子结构层面上分析小分子物质对葡萄糖分子结构及其特征吸收的影响。基于声光可调谐滤波器(AOTF)的高精度近红外光谱采集系统,测量并研究了在水溶液环境下氯化钠(NaCl)对葡萄糖分子结构及其近红外特征吸收的影响。首先,测量含有不同NaCl含量的葡萄糖水溶液透射光谱,分别采用纯水和同浓度 NaCl 样本进行背景修正,实验表明,在水溶液环境中 NaCl会改变水分子和葡萄糖分子特征吸收峰的位置和强度;对不含NaCl和含有NaCl的糖水样本分别扣除纯水和同浓度NaCl样本后进行二维相关光谱分析,同步谱的切线谱显示NaCl减弱了葡萄糖分子在1 400和1 520～1 700 nm处的特征吸收。最后,通过偏最小二乘回归模型定量分析NaCl对葡萄糖预测精度的影响,发现模型的预测均方根误差随NaCl含量的增加而增大,并且含NaCl的样本与不含NaCl的样本对葡萄糖浓度预测值之差的平均值与加入的NaCl含量近似为线性关系。结果表明,在水溶液环境下NaCl分子会改变葡萄糖分子键状态并影响其特征吸收,从而降低模型的预测精度。若将NaCl含量作为变量因子,有助于提升血糖的近红外光谱无创检测精度。     

基于差分光密度差异的组织内异质体的快速定位方法

基于近红外光谱法对组织内的异质体进行无创检测时,光源-探测器(S-D)相对于异质体的位置对检测效果有着重要影响。为实现对组织内异质体的快速定位,该研究基于一源多探的检测结构针对不同水平位置、不同深度和不同直径的异质体进行光密度分布有限元分析,计算各探测器之间的差分光密度差异。仿真实验结果表明,根据多探测器形成的差分光密度差异曲线可快速定位组织内异质体的水平位置。曲线的高斯拟合特征量与异质体的水平位置、深度和直径有着强相关性。基于差分光密度差异曲线可以实现组织内感兴趣区域的快速定位,对采用近红外光谱法的组织肿瘤检测、光学脑功能成像等领域的源-探位置放置提供重要参考,提高其检测精度。     

飞秒光孤立波解传输的稳定性分析

针对高阶非线性薛定谔方程任意参量下的飞秒光孤立波解，用数值演化方法考察了该光脉冲在受到各种初始扰动时的稳定性。结果表明：当飞秒光脉冲受到振幅及波形扰动时可以稳定传输，对于随机噪声及啁啾的扰动，在一定范围内也可传输，这有可能为进一步实现飞秒光脉冲在光纤中的无畸变传输提供一定的理论依据。     

基于漫反射光谱的组织光学参数测量系统与方法研究

在体组织光学参数测量是生物医学光子学研究重点,不仅为人体成分无创检测、光学成像、光动力疗法等研究提供基础,并且可以快速获取人体光学参数变化,为临床诊断提供依据。研究了利用单一源探距离漫反射光谱在体测量光学参数的测量系统与反构方法。漫反射光谱测量系统由宽谱光源、高分辨光纤光谱仪及光纤探头组成,结构简单,测量方便,可准确快速测量样品漫反射光谱。在光纤探头几何形状基础上,研究了光纤收集及系统传递函数,在此基础上对反构算法进行了校正。光学参数反构算法中正向模型基于Monte Carlo以及神经网络方法,适用光学参数范围大,计算速度快;逆向算法采用主成分分析与非线性建模拟合相结合的方法,可抑制测量噪声影响。在测量系统及反构算法基础上,进行了组织仿体光学参数测量实验,结果表明,利用单一源探距离下漫反射谱,可以较为准确获取吸收系数以及约化散射系数,均方根误差分别达到4.58%以及7.92%。为保证系统测量准确性,测量波长范围应覆盖样品中所含吸收物质吸收峰范围。所研究的在体组织光学参数测量方法为人体成分无创检测及测量条件变化获取提供了基础。     

聚对苯撑乙烯衍生物/氯仿溶液的自衍射及光限幅特性的研究

用532 nm基模高斯光束对2-甲氧基5-丁氧基取代聚对苯撑乙烯的氯仿溶液进行激光诱导衍射实验及光限幅特性的研究.实验发现,当高斯光束通过样品溶液时,在远场处出现衍射环;随着入射功率的增大,衍射图案会发生显著的变化.理论分析表明,该现象可以用光克尔效应、热效应作用下的附加相位孔对入射光束的衍射行为来解释.还进一步研究了532 nm激光作用下样品溶液的光限幅特性,根据实验结果分析得出:由热效应引起的自衍射是产生光限幅特性的主要机制.     

纳米金粒子对裸鼠胃癌组织近红外光谱范围的组织光学特性影响

为明确纳米金粒子对肿瘤组织近红外光学成像的影响,研究观察了肿瘤组织于纳米金粒子贮积后对其近红外光谱范围的光学特性的变化特点.实验中,应用MCG-803人胃腺癌细胞系(来源于CTCC),采用原位接种法建立BALB/C裸小鼠胃癌模型,给予动物静脉注射纳米金粒子悬液,以组织切片形式检测肿瘤组织近红外光衰减系数的特征性变化.结...     

钴卟啉溶液的光限幅特性研究

对大分子有机化合物钴卟啉的非线性光学特性在 4 5 7 9,4 88和 5 14 5nm三个连续激光波长下进行了研究。用单光束z scan技术测到三个曲线均是先出现峰值后出现谷值 ,按照Sheik bahae等人的理论该样品的非线性折射率为负值 ,即样品具有热自散焦效应。反饱和吸收特性的研究结果得到三个透射率T随入射激光功率的增大而减小的曲线 ,表明该样品在这三个波长下均呈现出反饱和吸收效应。众所周知 ,热自散焦效应和反饱和吸收效应都能导致光限幅。文章的实验结果也表明 :钴卟啉在三个波长下均具有光限幅特性 ,限幅阈值随着波长的减小而减小 ;其光学限幅效果好且限幅阈值低 ,是一种有较大潜在应用价值的新型光限幅材料。因此 ,可以利用这两种效应对钴卟啉的共同作用 ,制成新型光限幅器件     

用光拍法研究葡萄糖溶液密度和折射率的关系

实验根据葡萄糖溶液浓度不同对折射率的影响,采用光拍法测定液体的折射率,计算出液体的密度,并采用最小二乘法进行线性拟合,最后发现葡萄糖溶液的密度和折射率几乎呈线性关系.     

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.