基于神经网络模型的生物组织参数反演算法

针对逆向求解生物组织光学特性参数存在测量精度不高、在体测量困难等问题,提出了一种利用神经网络模型反演生物组织光学参数的方法,该方法以蒙特卡罗算法输出的不同检测距离r处的漫反射率R(r)作为输入,以吸收系数和散射系数作为输出.本文将神经网络算法反演的吸收系数、散射系数值与蒙特卡罗算法获得的吸收系数和散射系数值进行了对比....     

两层生物组织光学特性参数无损测量的模拟研究

生物组织的光学特性参数是与疾病的无损光诊断有关的重要的光学参数，一般的测量所应用的模型是假设生物组织为半无限厚的均匀结构。为了更能反映生物组织的真实特性，本文应用两层结构模型，即假设第一层为有限厚的均匀组织，第二层为半无限厚，由漫射方程经过傅立叶变换得到传输方程的漫射解。为检验漫射解的准确性，将漫射解的表面漫射光分布与Monte Carlo模拟结果进行了比较，结果表明两者符合得很好。为了研究由漫射解是否可以获得两层组织的光学特性参数，将漫射解与Monte Carlo模拟数据进行了非线性拟合，反演获得组织的光学特性参数，结果表明，由漫射解可以获得两层组织的有效散射系数和吸收系数。     

利用空间分辨漫反射无损测量生物组织的光学参量

利用空间分辨漫反射光确定生物组织的光学参量进行了实验研究，分别用光纤探测器和CCD无损测量了半无限大生物组织(牛脂肪和牛肉)表面的漫反射光的径向分布．由漫射方程对漫反射光强的相对分布值作非线性拟合确定了生物组织的吸收系数和约化散射系数，所得结果与国外报道的绝对测量法测量的结果相比，其差别小于9．4％．研究结果表明，光纤测量和CCD测量有较好的一致性，而CCD探测具有测量准确、简单和快捷的特点。     

An Improved Computing Method for Analysing the Spatial Resolved Reflectance from Biological Tissues

A mathematical expression of refiectance point-spread function, which is defined as the spatial distribution of light diffuse-reflected from bio-tissues irradiated by an infinitely narrow photon beam, is derived from the difusion approximation (DA) theory. With the introduction of reflectance point-spread function to describe the reflectance characteristics of bio-tissues, the convolution method is used to calculate the spatial resolved reflectance from dense and thick tissues irradiated by different photon beams. This is called the DA based convolution method and is used to calculate the responses of the semi-infinite bio-tissues irradiated by a Gaussian beam and a flat beam with different beam radius. The calculation results show that the DA based convolution method has much higher computing efficiency compared to the Monte Carlo method.     

在多层结构的生物组织中近红外光子迁移的研究

在无损近红外光学诊断领域中,研究光子在多层生物组织中的迁移十分重要。本文以猪的脂肪和肌肉组成的两层结构作为研究的样品。将近红外光源和检测器置于脂肪的表面,由光源发出被两层组织反射的光子的一部分由检测器所接收。本文给出了光电流与光源到检测器的距离的关系以及光电流与脂肪厚度的关系。为了分析实验结果,用蒙特卡罗仿真计算光子在均匀介质中迁移轨迹,用菲涅耳定律来决定光子包在脂肪和肌肉边界处的折射分量和反射分量。结果表明,仿真数据与实验符合得很好。结论是：本文中所提供的实验和仿真方法对于分析光子在生物组织中的迁移以及优化传感器设计十分有用。     

用蒙特卡罗方法研究生物组织中的光分布

本文利用蒙特卡罗方法研究准直光束通过生物组织时其内部光吸收剂量分布的特点．计算模型设定的条件为：组织与其边界折射率不同、组织为纵向有一定宽度的层状结构．理论的计算模拟结果已同组织模拟体的实验结果作了比较，两者能较好的吻合．     

热作用过程中生物组织特性变化的光学监测

基于热作用下生物组织特性的理论，描述了最新的理论研究进展，介绍了将光学监测技术用于热致组织特性变化研究的原理与方法，并给出了典型的实验结果；生物组织的散射系数与损伤特性的关联：生物组织的吸收系数对脱水量的依赖性；热作用下血液灌注的光学成像监测。将光电技术用于热作用过程中生物组织特性变化的监测，对进一步完善热疗理论、实现热疗的在体监测具有重要的理论意义与实践意义。     

生物组织中的光分布研究

本文利用蒙特卡罗方法模拟了单层生物组织中光的传输与分布情况,给出了生物组织中的光子数分布随着g因子、层厚d、吸收系数以及散射系数的变化而变化的关系,分析了其变化的原因     

光在分层散射介质中传输行为的蒙特卡罗模拟研究

建立了光在发层散射介质中传输行为的蒙特卡罗模型,计算了皮肢层状结构的光传输特性,考虑联折射率不匹配带来的影响及不同光束特性（如均匀分布平面光场、高斯光束、光纤光束）对传输行为的影响,分析了分界面处光通量的传输特性,给出了不同特性光束的生物组织的表面漫射率曲线,比较了高斯光束和平面光场的卷积结果。     

光在两层平板介质中传输的时域P3方程

生物表面组织是多层介质,目前只有光在单层介质中传输的P3方程,本文给出了光在两层平板介质中传播的P3方程的时域解,编写蒙特卡罗模拟进行验证。结果表明P3时域方程与蒙特卡罗模拟符合很好,说明双层平板介质的P3方程正确地反映了光子在介质中的迁移。与扩散时域方程相比,在峰值位置附近,P3时域方程测量的反射率和透射率更加准确,在远离峰值时,P3方程与扩散方程结果一致。双层平板介质的P3时域方程扩展了P3方程的应用范围,可以替代扩散方程,也可以代替单层平板介质的P3方程,可以更好地研究光在生物组织中的传播过程。     

生物组织光传播的时域特征分析

采用蒙特卡罗方法对脉冲光在组织中传播的时域特征作了研究，并把计算结果与漫射理论的解析解作了比较，文中详细分析了组织光学特性参数与组织表面时间分辨的漫反射光分布之间的关系。结果表明：散射系影响着漫反射光强到达峰值的时间，吸收系数影响着漫反射光强在峰值之后随时间下降的速度，而ｇ因子对响应曲线的前沿影响较大，在后沿阶段基本上没有影响。     

The Infrared Ray Transport Model of Finite Size Flat Beam in Tissue

The infrared ray propagation model of finite size flat beam in biological tissue is set up. Gaussian beams and circularly flat beams were compared. The model is simulated with Monte Carlo method, and the influence of parameters of biological tissue and properties is analyzed. The potential application of the model is demonstrate by estimating the absorption and transport-corrected scattering coefficients from reflectance measured from intact tissue.     

散射介质中光传输行为时间特性的蒙特卡洛模拟研究

蒙特卡罗方法模拟了超短脉冲在皮肤的四层模型中的传输的时间特性,给出不同时间的表面漫射强度随径向距离和角度的变化,用傅里叶变换给出了表面漫射强度时间响应的频域结果;结果表明漫射强度随时间的变化会有数量级的不同,漫射强度的时间分辨为ps量级,这要求选择大动态范围ps时间分辨率的探测设备,频域分析的结果表明在达到很高的频率下,幅度和相位才有变化,实际上硬件难以实现。     

The Infrared Ray Transport in an N-Layered Matched Skin

Infrared ray (IR) has great potential in medical diagnosis and therapy. In order to detect tumor in skin, we set up the steady-state and time domain IR diffusion model of an n-layered matched medium with an infinitely thick. We utilize the diffuse equation to solve a five-layered infinite matched medium and obtain the accurate solution of a matched medium of the steady state and time domain in tissue. We compare the steady-state spatially resolved reflectance calculated with Monte-Carlo simulations. The Monte-Carlo simulation shows that the solution is valid. Our equation can be used to obtain the tumor information in medical diagnosis and therapy.     

THz时域光谱测试中的散射问题

利用太赫兹时域光谱技术(THz-TDS)提取物质在太赫兹波段的吸收谱是太赫兹应用的一个重要方面。THz-TDS实验系统中的被测样片一般是多种成份的微粒与稀释剂(PE)按一定摩尔浓度混合研磨后压制而成的薄圆片。一般认为,吸收谱中出现的随频率缓慢上升的基线是源于样品颗粒对THz波的散射。该基线对准确获取吸收谱中的特征吸收峰的峰高和峰形信息产生了影响,故为了进一步对吸收谱实现准确的定量分析,应设法移除基线,消除样品颗粒散射对吸收谱的影响,使吸收谱中的特征吸收峰更准确的体现被测物质在太赫兹频段内的吸收特性。对基线产生的原因进行了分析,对近年来出现的散射处理方法进行了综述,为了验证文献中去除散射方法的合理性,选取三种氨基酸进行实验,对比了去除散射影响前后氨基酸的摩尔浓度计算精度,结果表明,去除散射影响后部分氨基酸的摩尔浓度计算精度得到了提高,最后综合实验结果提出了THz吸收谱中去除散射影响需要进一步研究的方向。     

光复散射对消光法粒径测量的影响:复散射模型与数值模拟

复散射效应在光散射颗粒测量中不仅重要．且尚未得到很好解决。采用蒙特卡罗方法,对不同的光波长,颗粒浓度以及收接器条件下的光复散射进行了数值模拟．数值算法程序经与四通量模型进行对比验证,数值结果与单散射条件的郎伯-比尔模型进行比较．进而讨论了复散射效应对消光法颗粒粒径测量影响。表明复散射对消光法颗粒测量的影响不仅取决于颗粒系自身的浓度．而且接收器的几何尺寸和接收位置起着非常重要的作用,减小颗粒介质层厚度和减小光接收器接收面积．增大接收距离以及减小接收角都能减小复散射效应对消光法粒径测量的影响。     

太赫兹光脉冲在生物介质中传播的蒙特卡罗法模拟

太赫兹光脉冲照射生物组织,利用蒙特卡罗方法模拟光脉冲在生物介质内的散射传播过程。光脉冲准垂直入射的情况下,得到了介质表面总漫反射率和总漫透射率与介质散射系数、吸收系数、平均散射余弦,以及介质厚度之间的关系;散射系数越大,总漫反射率越大;平均散射余弦值越小,总漫反射率也越大;同时总漫反射光强随着介质厚度的增加而增大,但存在一个极限值。     

连续光在生物组织中能流率分布的漫射近似和模拟

分析了半无限大介质漫射近似不同边界条件的镜像光源结构,用镜像光源的方法给出了连续光入射时稳态能流率分布的漫射近似表达式,并用Monte Carlo方法对能流率分布进行模拟,分析了两种模型能流率分布的特点及其形成的机理;用Monte Carlo模拟结果检验了能流率分布漫射近似的精度,结果表明:漫射近似采用EBC边界条件的结果有较高的精度和计算较简单等优点,为能流率分布的快速准确计算提供了依据.