[發(fā)明專利]測定混濁介質(zhì)及生物組織光學(xué)參數(shù)的光纖系統(tǒng)及測定方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710058593.7
• 申請(qǐng)日: 2007-08-06
• 公開（公告）號(hào): CN101103905A
• 公開（公告）日: 2008-01-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡新華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津煒輻醫(yī)療科技有限公司
• 主分類號(hào): A61B5/00
• 分類號(hào): A61B5/00;G01N21/00
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種光纖探測系統(tǒng)。特別是涉及一種可用于準(zhǔn)確地測定本體或活體的混濁介質(zhì)和生物組織光學(xué)參數(shù)的測定混濁介質(zhì)及生物組織光學(xué)參數(shù)的光纖系統(tǒng)及測定方法。

背景技術(shù)

隨著光學(xué)方法越來越多地用于疾病的定量診斷和治療監(jiān)測，研究或醫(yī)護(hù)人員常常需要知道照射光能量在進(jìn)入病人的器官生物組織后是如何分布以及如何產(chǎn)生反射和透射信號(hào)。除眼睛的角膜等少數(shù)組織外，人體或動(dòng)物的生物組織為光學(xué)混濁介質(zhì)，也既光吸收與光散射并存于光與生物組織的相互作用，在可見光及近紅外波段以散射為主，相互作用的空間和時(shí)間分布具有隨機(jī)的性質(zhì)。這種情況下光在組織中的能量傳播和分布為一復(fù)雜的邊界條件問題，需要用準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)物理模型描述并求解。目前廣泛應(yīng)用的混濁介質(zhì)及生物組織光學(xué)模型為輻射傳輸理論，該理論將生物組織的光學(xué)參數(shù)定義為吸收系數(shù)，散射系數(shù)和散射相函數(shù)。吸收系數(shù)代表光子在介質(zhì)內(nèi)單位傳播距離被吸收的平均次數(shù)，通常與組織內(nèi)的不同成分如生物大分子種類和濃度，血液，色素顆粒的大小與多少等有關(guān)。而散射系數(shù)和散射相函數(shù)則代表光子在介質(zhì)內(nèi)單位傳播距離被散射的平均次數(shù)和散射角度的幾率分布。在已知散射相函數(shù)形式的情況下，如漢尼-格林斯坦(Henyey-Greenstein)散射相函數(shù)等，散射相函數(shù)可由一個(gè)或多個(gè)標(biāo)量參數(shù)決定。漢尼-格林斯坦散射相函數(shù)由一各向異性參數(shù)決定，各向異性參數(shù)定義為散射角度余弦的平均值，詳細(xì)討論可見參考文獻(xiàn)(例如Z.Song，K.Dong，X.H.Hu，and?J.Q.Lu，″MonteCarlo?Simulation?of?Converging?Laser?Beams?Propagating?in?Biological?Tissues″，Applied?Optics，vol.38，pp.2944-2949(1999))。

許多研究文獻(xiàn)表明混濁介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)由介質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)組成及宏觀分布決定；對(duì)于生物組織類的混濁介質(zhì)，則由其細(xì)胞種類和分布結(jié)構(gòu)等決定。比如人體器官內(nèi)不同組織如癌癥病灶和正常組織之間，不同類正常組織如表皮和真皮組織之間的光學(xué)參數(shù)不同。光在混濁介質(zhì)或生物器官組織中的能量傳播和分布由這些光學(xué)參數(shù)可以根據(jù)輻射傳輸理論決定。因此，混濁介質(zhì)或生物組織的光學(xué)參數(shù)是對(duì)此類材料的光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行定量分析必不可少的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。此外，這些光學(xué)參數(shù)通常隨光波長變化，因此是波長的函數(shù)。不同的介質(zhì)的光學(xué)參數(shù)為特定的和不同的波長函數(shù)。

測定混濁介質(zhì)或生物組織光學(xué)參數(shù)需要提供照射介質(zhì)用的入射光，然后在介質(zhì)內(nèi)或介質(zhì)外不同方向與位置測量與入射光波長相同的散射光信號(hào)。光在傳播過程中由于與散射顆粒或散射中心之間的相互作用造成光線或光子轉(zhuǎn)播方向的改變。在混濁介質(zhì)或生物組織中這些散射中心的空間與時(shí)間分布通常為隨機(jī)的，其統(tǒng)計(jì)特征由介質(zhì)的光學(xué)性質(zhì)決定。光散射的隨機(jī)性質(zhì)造成出射光在三維空間內(nèi)方向與位置分布上的隨機(jī)性，這使得混濁介質(zhì)或生物組織的散射光信號(hào)測量比較困難。目前報(bào)導(dǎo)過的測量方法包括利用積分球測量漫反射和漫透射信號(hào)的方法，和利用分立探測器或陣列探測器測量反射信號(hào)分布的方法。這些方法的缺點(diǎn)或?yàn)闇y量系統(tǒng)復(fù)雜，或?yàn)樾枰x開活體的樣品，都無法用于準(zhǔn)確地測定本體或活體光學(xué)參數(shù)。詳細(xì)討論可見參考文獻(xiàn)(例如C.Chen，J.Q.Lu，H.Ding，K.M.Jacobs，Y.Du，and?X.H.Hu，″A?primary?method?for?determination?of?opticalparameters?of?turbid?samples?and?application?to?intralipid?between?550?and?1630nm″，Optics?Express，vol.14，pp.7420-7435(2006))。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種可用于準(zhǔn)確地測定本體或活體的混濁介質(zhì)和生物組織光學(xué)參數(shù)的測定混濁介質(zhì)及生物組織光學(xué)參數(shù)的光纖系統(tǒng)及測定方法。

本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種測定混濁介質(zhì)及生物組織光學(xué)參數(shù)的光纖系統(tǒng)及測定方法，其中，光纖系統(tǒng)包括有：光源輸入部分；光纖測量部分；和控制數(shù)據(jù)處理及計(jì)算部分，其中，光源輸入部分與光纖測量部分相連接，光纖測量部分與控制、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算部分相連接，控制、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算部分又與光源輸入部分相連，而光纖測量部分還連接被測混濁介質(zhì)或生物組織。

所述的光源輸入部分包括有光源用電源溫度控制器和光源，其中，電源溫度控制器的輸入端通過電纜與控制、數(shù)據(jù)處理及計(jì)算部分相連，輸出端通過電源溫控電纜與光源相連，光源的輸出耦合端與光纖測量部分相連接。