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。     

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。     

基于蒙特卡罗模拟的散射介质中后向光散射模型及分析应用

构建了内光源模型探讨散射介质中的光散射现象,利用蒙特卡罗方法研究了逃逸出组织的后向散射光子数随光子在组织内部发生的散射次数的分布关系,探讨了光源照明方式、辐射强度、接收方式、调制等参数的变化对后向散射的影响,结果表明后向散射光子的数量随散射次数的分布并非简单的单调递增或递减,而是一条先增大后减小出现峰值的曲线. 峰值位置、峰值大小及曲线形状与光源、探测方式、组织光学特性参数等有关. 关键词： 医用光学与生物技术 散射介质 后向散射 蒙特卡罗模拟     

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。     

用于无创血糖检测的调频连续波激光雷达技术理论分析

连续无创血糖检测能够更好地实现对糖尿病的管理和治疗.提出一种利用调频连续波(FMCW)激光雷达技术实现无创血糖测量的方案,通过检测皮肤散射系数的改变来测量血糖浓度的变化.与传统的光学相干层析成像血糖检测法相比,结构更简单,利于实现仪器的小型化、便携化.FMCW激光雷达无创血糖测量系统采用差分干涉的方法,将时域的信号转移...     

光在可变厚度介质中后向散射传输的偏振特性分析

针对不同浓度下介质厚度改变对后向散射光偏振特性影响的问题,以典型蒙特卡罗偏振模型为基础,提出了一种基于后向散射的可变介质厚度蒙特卡罗偏振模型。根据本文提出的模型开展了仿真实验,得到了不同浓度下介质厚度与后向散射偏振特性的影响关系。仿真结果表明,介质厚度在不同浓度下均对后向散射光的偏振度有着直接影响;在低浓度的情况下,介质厚度增加主要起消偏作用,浓度达到一定阈值后,介质厚度增加起起偏作用;在低浓度的情况下,线偏振光的后向散射光偏振保持特性优于圆偏振光,浓度达到一定阈值后,圆偏振光的后向散射光偏振保持特性优于线偏振光;在浓度极高的情况下,线偏振光与圆偏振光的保持特性趋于一致。     

中红外光谱法在无创血糖检测技术中的应用

构建了中红外无创血糖检测的实验方案,利用傅里叶红外光谱仪对葡萄糖溶液及手指进行了中红外光谱检测并进行分析,得到葡萄糖的中红外特征吸收峰在1000cm^-1附近,证实了中红外光谱在无创血糖检测中的可实现性,选择激光器和光导探测器进行特征峰处的光电检测实验,并得到了有效信号。     

含葡萄糖的混浊介质的Mueller矩阵模拟与分析

利用矢量Monte Carlo算法结合葡萄糖的旋光特性模拟了含糖混浊介质的背散射Mueller矩阵.数值模拟表明:含糖混浊介质的背散射Mueller矩阵元素中除Mll、M14、M41、M44外的其它元素花样均发生龙卷风状的不同程度的扭曲,其中M24、M34、M42、M43的扭曲程度更为显著.研究发现M24、M34、M4...     

用基于方位分辨的漫后向散射光确定粒子尺寸分布及相对折射率

基于偏振门技术,提出了利用漫后向散射光随线偏振光入射方位的变化来测量双层模型表层的粒子尺寸分布及相对折射率。双层物理模型用来模拟上皮组织,上层分别由聚苯乙烯小球或HeLa细胞悬浮液组成,下层由脂肪乳溶液组成,每层的光学特性与上皮组织光学特性匹配。根据米氏(Mie)散射理论,建立了与散射体形态参量相关的偏振后向漫散射强度随入射偏振方位变化的理论模型,并采用浮点遗传算法反演程序获得表层粒子的尺寸分布(PSD)及相对折射率。将理论值和实验测量值进行比较。研究结果表明通过测量随方位变化的后向漫散射光的偏振差分信号,能够获得类上皮组织模型表层的形态结构信息。     

具有三种颜色的白癜风皮肤的荧光光谱

将荧光光谱方法应用于具有三种颜色的白癜风皮肤特性的研究,在对荧光测量以及皮肤组织病理检查的基础上,建立了三色白癜风皮肤的光学模型,分析了皮肤黑色素的含量与分布,并进行了蒙特卡罗计算,其结果与实测结果基本一致。研究表明:具有三种颜色的白癜风皮肤可作为一个较好的皮肤黑色素含量与分布的模型;荧光光谱法可以探测到皮肤较深层(真皮层)的黑色素分布或其他组织光学特性;所建立的白癜风皮肤的光学模型及建模方法,所采用的光谱比率法等可以在皮肤光学的其他研究中应用。     

多分散高浓度介质偏振光后向扩散散射的Monte Carlo仿真

建立了针对多分散高浓度介质偏振光后向扩散散射的Monte Carlo仿真模型，导出了多分散 系统的有效自由程分布函数. 给出了半径为50nm与550nm及其三种不同体积浓度比混合的聚 苯乙烯微球作为散射粒子的高浓度介质的仿真结果. 定性地分析了多分散介质偏振光后向扩 散散射的光强空间分布特征与粒子的体积浓度比的关系. 关键词： 后向扩散散射 偏振光 多分散高浓度介质 Monte Carlo仿真     

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。     

Analysis of Light Propagation in a Realistic Head Model by a Hybrid Method for Optical Brain Function Measurement

Near infrared spectroscopy (NIRS) is used to measure the change in blood volume and oxygenation in the brain cortex induced by functional brain activation. The development of an adequate model to calculate light propagation in the head is very important because the light is strongly scattered in the tissue and this causes ambiguity in the volume of tissue interrogated with a source–detector pair of the NIRS instrument. In this study, a two-dimensional realistic head model is generated from a MRI scan of a human adult head. The light propagation in the head model is calculated by the hybrid Monte Carlo–diffusion method to obtain the change in detected intensity caused by a focal absorption change in the grey matter or in the white matter to discuss the relationship between the depth of the activated region and the sensitivity of the NIRS signal. The sensitivity to the activated region in the white matter steeply decreases with an increase of the depth of the activated region because the spatial sensitivity profile is mainly confined to the grey matter. The contribution of the focal brain activity to the NIRS signal is determined by not only the depth of the activated region from the head surface but also the depth of the activated region from the brain surface.     

深度分辨漫反射测量光纤探头设计及特性

漫反射光谱人体成分检测研究中,光纤探头接收漫反射光子穿透深度及传输路径对检测效率及灵敏度影响较大,而传统的检测光纤探头无法实现对特定深度漫反射光子选择性接收。针对人体成分检测需要,提出了采用一定入射-接收角度及半球透镜耦合的漫反射测量光纤探头结构。在三层皮肤模型基础上,结合光纤探头形式改进Monte Carlo程序,计算光纤探头接收漫反射光子穿透深度,有效光子比例,有效信息载荷以及真皮层检测灵敏度。结果表明,设计的光纤探头可实现真皮层漫反射光子选择性接收,检测效率以及测量光谱受非目标层组织结构及光学参数影响较小,可有效提高人体成分无创检测灵敏度。