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蒙特卡罗方法研究皮肤组织光学特性参数对光子传输的影响
目的 研究皮肤组织光学特性参数对光子传输的影响.方法 根据皮肤组织的结构,构建五层皮肤组织模型.利用蒙特卡罗方法模拟无限细光束在皮肤组织中的传输,逐层改变各光学特性参数,比较吸收能量密度、光能流率、漫反射率的变化.结果 增大某一层吸收系数,该层皮肤组织的吸收能量密度增大,光能流率降低,浅层漫反射率略有减小,三者衰减梯度均增大;减小某一层散射系数或增大该层各向异性因子,吸收能量密度减小,吸收能量密度和光能流率的衰减梯度均明显减小;浅层漫反射率略有减小,衰减梯度增大;改变越深层皮肤的光学特性参数对光子传输的影响越小.结论 漫反射率受各光学特性参数变化影响较小,吸收能量密度和光能流率则有较明显改变.
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He-Ne激光辐射下人肺癌组织和正常组织光学特性
为了解正常肺和肺癌组织的光学特性,在原有工作基础上,应用自行研制的"光纤探针深度计"联合光纤探测系统,实现了He-Ne激光632.8 nm波长辐射下,新鲜离体人肺组织光能流率及其表面漫反射率的精确测定.获得该重要波长处人肺组织光能流率的分布规律及其光学特性参数的数值:(1)人肺腺鳞癌组织的吸收系数μa=0.09 mm-1,有效散射系数μ's=1.19 mm-1,有效衰减系数μeff=0.59 mm-1,光穿透深度δ=1.70 mm;(2)人正常肺组织的吸收系数μa=0.15 mm-1,有效散射系数μ's=1.42 mm-1,有效衰减系数μeff=0.84 mm-1,光穿透深度δ=1.19 mm,并将结果与现有相应肺组织的光学特性参数数据作了比较.该测量方法亦可用于人体其他组织光学特性的测量.
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胃癌组织的光漫反射研究
目的 探讨癌变组织与正常组织漫反射光谱特性的区别.方法 利用稳态漫反射方程在半无限边界条件下解得的光子传输漫反射结果和血液成分变化引起的组织吸收特性的变化推导出血液变化对漫反射光谱的影响,给出病变组织尤其是癌变组织反射光谱的分析结果.在实验中,利用现有的光谱设备对胃癌组织和正常的胃组织的漫反射光谱进行测量.结果 癌变组织的反射光谱在630 nm处发生了较强烈的吸收变化,为去氧血红蛋白增加的结果.理论分析指出血液状态会影响组织反射光谱,在实验中得到了证实.结论 光谱中吸收峰值表明癌变组织中含有丰富的去氧血红蛋白,与癌变组织的组织特性一致;实验充分表明可见光反射光谱能区分正常组织和癌变组织.
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早期癌症的体内荧光光谱学诊断
组织光学光谱学的目的在于通过指导活检,提高白光内镜检查的诊断效果,其原理基于电磁辐射与物质的相互作用.
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组织自体荧光的Monte Carlo仿真方法
目的Monte Carlo仿真是研究光在组织中传播规律的有效方法.该文在组织漫反射光MonteCarlo仿真的基础上,提出了一种新的荧光光子迁移方法,并由此实现了对组织自体荧光的仿真.方法根据荧光光子产生和传播的原理,模型中对激发光和荧光光子采用了加权的光子模型.激发光子和荧光光子的运动彼此独立,每产生一个荧光光子,将跟踪其运动直至终止,然后继续跟踪激发光子的运动.所有统计量采用改进的Monte Carlo仿真软件计算.主动脉中层组织模型的仿真结果与文献结果进行了比较.结果仿真结果表明,对于主动脉组织模型,在520 nm和600nm处有两个荧光峰,这与文献的结果是完全一致的.荧光强度与荧光逃逸位置的关系表明,随着逃逸半径的增大,荧光强度迅速减小,这一结果对于激发和采集光纤的设计具有指导意义.结论该文所述组织荧光仿真方法直接从荧光光子产生及运动的原理出发,简单明了,计算简单,易于实现.由于MonteCarlo方法是基于大量事件的统计规律之上的,因此进行一次仿真所需的时间是制约其应用的一大因素,其算法有待于作更进一步的优化.
关键词： Monte Carlo仿真 自体荧光 光子迁移 组织光学 -
恶性肿瘤的PDT及其计算机辅助治疗
光动力疗法(photodynamic therapy,PDT)治疗恶性肿瘤是近年来兴起的并不断发展的激光医学新技术.本文从激光医学新发展的角度出发,探索由生物组织与激光相互作用的原理,借助仿真医学影像学技术,引出光动力疗法治疗恶性肿瘤及其计算机辅助治疗的新方法以及研究方向.
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组织光学成像技术的研究进展
从扩散光学成像和相干域光学成像两个方面简要介绍和评述了组织光学成像的基本原理及技术进展,包括连续波光学成像、时间分辨光学层析成像、扩散光子密度波层析成像、超声调制光学层析成像,以及光学相干层析成像和激光散斑成像等,并讨论了脑功能成像和组织光学功能成像的应用进展.
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基于相关检测的多通道近红外光组织光学测量系统
研制了一套基于相关检测技术的三波长多通道近红外光信号采集系统.采用相敏检波模块CD505R有效提高信噪比.Delphi开发的上位机程序通过串口方式与单片机通信.使用光纤传递光源及探测信号,使系统具有更大的灵活性,适用于多种组织光学特性测量方式.模型实验的结果证明该系统准确可靠,前臂阻断实验表明系统对不同深度组织血氧状况具有较好的测量能力.
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光学相干CT和组织光学光谱仪的原理及其在医学中的应用
光学相干CT成像(Optical coherence Tomograph OCT)是90年代发展起来的一种介入式活体诊断技术。它的核心是一台光学迈克尔孙干涉仪。测试的生物组织位于干涉仪的一臂，而另一参考臂的光程可调。光在生物组织中的后向散射与参考臂反射回来的光叠加。当光源相干长度很短时，只有从特定深度散射回来的光才能与参考光相互干涉产生信号。改变参考臂光程，选择散射区深度，就可得到生物组织断层成像。OCT测量的空间分辨率由光线相干长度定，采用现有技术(超快激光和超亮发光二极管)，横向和层析分辨率可达到微米量级，适用于生物器官和组织断层测量，也可以进行细胞层次成像。
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老化皮肤光分布的蒙特卡洛模拟
为研究老化皮肤中的光子传输情况,在构建老化皮肤七层模型的基础上,采用蒙特卡洛方法模拟准直无线窄光束、有限束宽的平圆光束和高斯光束在皮肤组织中的光分布,研究年轻皮肤和老化皮肤的差异.结果表明:老化皮肤在表皮吸收能量密度较小,真皮反之,光能流率较大,光子的穿透深度更深,更多光子进入真皮层;与高斯光束相比,平圆光束的光能流率径向分布较均匀,适合大面积嫩肤.
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组织不同深度血氧状况的光学监测系统
研制了一套基于相关检测技术的对组织不同深度的血氧进行同步监测的多路近红外光学系统.采用三个波长分别为735 nm,805 nm和850 nm的近红外光测量组织的血氧参数,采用距光源不同间距的多路探测器同时监测不同组织深度的血氧变化,并采用相敏检波技术有效提高了系统的灵敏度.前臂阻断实验证实了该系统能有效测量不同深度组织血氧状况.
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近红外光谱氧饱和度测量的研究
漫反射理论已成为当前研究组织光学特性的重要理论基础,也是当前生物光子学研究的热点.本文分析了近红外光谱氧饱和度测量原理,给出了时域、频域和连续波方式下漫反射理论无创、定量确定生物组织光学特性参数的具体办法,在此基础上,得到组织吸收系数,并利用修正Beer-Lambert定理求解组织氧饱和度.在现有临床应用中,氧饱和度已成为重要的监测和监护参数,并不断扩大其使用范围,该技术在医学诊断和治疗领域中有重要的意义及广泛的应用前景.
