Sandia国家实验室的生物医学工程研究项目

为了减少和控制美国在保健诸方面的经费支出和提高保健水平,积极开展保健技术和保健系统研究。Sandia国家实验室正在从事于这种技术研究。作为一个DOE国家实验室,Sandia拥有工程和科学知识财富,并准备使这种财富应用到国家需求中。目前,适当的     

基于非线性滤波器的FBG解调系统的研究

传统的光纤Bragg光栅(FBG)滤波解调系统解调精度 较低,且线性滤波器的滤波曲线不是严格 的线性。从理论推导了基于线性滤波器的解调系统中滤波光和直接探测光光功率的比 值和滤波器的 透过率函数成正比。而传统的线性滤波解调方法过于理想化,为了修正这一问题,根据理论 推导对波长和 比值的关系按非线性滤波解调处理。实验结果表明,非线性解调 系统的温度解调精度高于线性解调系统,一定程度上提高了解调系统的精度。而且线性滤波 器的FBG解调 系统中几乎全部采用实际波长进行解调,本文在非线性滤波解调系统中引入虚拟波长的概念 ,对基于线性 滤波系统或非线性滤波系统的FBG系统进行解调,从而可以不用对实际波长的变化进行标定 而直接解调出FBG所处环境温度的变化。     

基于滤波器的Bragg光纤光栅解调系统

线性滤波器的FBG解调原理是:根据滤波光与参考光的比值和波长之间的关系来判断比值变化时引起的外界物理量的改变。传统的滤波解调系统中对波长和比值的关系按线性处理,而线性滤波器的滤波曲线本身不是完全的线性。实验中,理论上推导出比值和滤波器的透过率之间成正比关系。对温度和应变相对应的比值和波长进行分开处理,应变为零温度发生变化时,波长和比值在数据拟合时加入高次项按非线性处理。温度一定压力改变时对波长和比值按线性处理。拟合结果表明:非线性拟合情况下波长与比值的曲线与滤波曲线相似度很高,不同温度下对应的曲线上,同一比值相对应的波长差相等。     

基于边缘滤波的FBG解调系统

实现了一种基于边缘滤波的FBG解调系统,系统采用宽带光源、隔离器、分束器、FBG、耦合器及边缘滤波器等光学元件,来采集变化的光信号,同时设计光电探测器进行光电信号转换及放大滤波处理,并采用NI USB-6361进行数据采集,将模拟信号转换为数字信号,最后采用Labview进行处理,最终得出所要测量值。     

匹配介质三层漫射方程的时域研究

文中使用外推边界条件,根据漫射方程理论,精确给出了匹配介质中频域状态下三层体系漫射方程格林函数的解,并对频域进行傅里叶变换,计算出时域的表面反射率。为了验证我们的理论,我们使用蒙特卡罗方法进行仿真研究,结果表明我们的理论研究不仅和蒙特卡罗方法高度一致,而且可以兼容A. Kienle的两层体系,还可以解决两层体系和半无限厚介质的问题。     

四层匹配介质漫射方程的稳态研究

文中根据光在生物体内传播的漫射方程理论,以人体组织为多层介质,在平稳状态条件下,使用外推边界条件,精确给出了匹配介质中平稳状态下四层体系光的漫射方程格林函数的解,通过此解,可以算出空间分辨漫反射。使用蒙特卡罗方法来验证四层体系的漫射方程,发现,我们给出的理论解不仅可以包括两层体系模型的空间分辨漫反射的解,与A. Kienle的两层体系的结论一致,而且在四层体系中,四层体系漫射方程的空间分辨漫反射的解和蒙特卡罗方法的基本一致。通过估计吸收系数和等效各项同性散射系数,这个模型在医疗和诊断上具有潜在的应用价值。     

基于二维有限元模拟含肿瘤脑组织中的光分布

研究含肿瘤脑组织中的光分布对脑肿瘤的诊断治疗有重要意义。建立了适用于有限元模拟的二维模型,对带有肿瘤的二维脑组织中的辐射通量进行了模拟,并对不同大小和不同位置的肿瘤块引起辐射通量值的变化做了比较。结果表明：利用所建立的模型和编制的程序,可以有效地模拟光在含肿瘤的多层脑组织中的分布。有限元法是模拟复杂组织内光分布的有效方法,对组织结构及性能的认识有重要意义。     

不匹配介质三层漫射方程的时间分辨漫反射

生物体的表面组织是一个不匹配的多层介质,大多数研究人员研究匹配介质的漫射方程,将组织表面看作折射率相同的介质。为更好的理解光在生物体内的传播,建立了不匹配条件的三层半无限厚频域方程的解;并对频域进行傅里叶变换,计算出时域的时间分辨漫反射。为了验证此的理论,使用蒙特卡罗方法进行仿真研究,结果表明该理论研究不仅和蒙特卡罗方法高度一致,而且还可以解决两层不匹配介质模型。     

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。     

颜色灵敏函数模型的设计及其规律的研究

颜色感知的基本三要素为物体、光源和人眼,每种要素的变化均会引起颜色感知的变化,但是,在每种要素中,每个波长上同等大小和变化却显示出不同程度的颜色感知差异,在某些波长处,呈现罗强的灵敏性,面是在另外一些波长处有较大的惰。本文根据学理论,在众多的匀色窨和色差公式中,以通用性好较好的ＣＩＥ１９７９６Ｌａｂ匀色窨和色差公式为例,定义了颜色灵敏函数;分别推导出颜色三要素下的物体颜色灵敏函数、光源颜色灵敏函数