[實用新型]一種基于連續(xù)波的雙層瓜果組織光學特性無損檢測裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201520226582.5
• 申請日: 2015-04-15
• 公開（公告）號: CN204705583U
• 公開（公告）日: 2015-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 謝麗娟;王愛臣;王陳;應(yīng)義斌
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學
• 主分類號: G01N21/31
• 分類號: G01N21/31
• 代理公司: 杭州九洲專利事務(wù)所有限公司 33101
• 代理人: 王洪新

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種生物組織光學特性無損檢測裝置，尤其涉及一種基于連續(xù)波的雙層瓜果組織光學特性無損檢測裝置。

背景技術(shù)

光譜分析技術(shù)，尤其是可見與近紅外波段，在農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)分析領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，目前主要應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)檢測，例如瓜果類的糖度、硬度及病變等。但常規(guī)光譜分析技術(shù)獲得的光譜為光與生物組織相互作用后的所有光信號，無法將吸收特性與散射特性進行分離，且不具有指紋圖譜的特性，在后期分析時只能通過化學計量學與統(tǒng)計學方法分析建模，有人稱此過程為“暗箱”。在光源設(shè)計及布置時，也只能通過經(jīng)驗與后期建模效果來進行對比，過程繁瑣且可靠性差。這主要是由于缺乏對光在生物組織中傳播的理解及生物組織光學特性的相關(guān)知識。生物組織光學特性在醫(yī)學領(lǐng)域的研究已經(jīng)相當深入，通過光學特性進行疾病診斷已經(jīng)成為醫(yī)療診斷的重要方法之一。但對于農(nóng)產(chǎn)品光學特性的研究卻鮮有報道。因此，對農(nóng)產(chǎn)品光學特性的檢測，尤其是針對雙層組織結(jié)構(gòu)的瓜果類光學特性的檢測，就顯得尤為重要。

光與生物組織的相互作用主要包括吸收與散射，與之相對應(yīng)的光學特性參數(shù)分別為吸收系數(shù)(μ_a)、約化散射系數(shù)(μ_s’)。對于農(nóng)產(chǎn)品諸如瓜果類，光與生物組織的相互作用主要表現(xiàn)出弱吸收、強散射的特性。輻射傳輸理論(Radiation?Transfer?Theory)能夠較為準確的描述光在生物組織中的傳播，但該模型較為復雜，變量較多，不適用于實際應(yīng)用。擴散近似理論(Diffusion?Approximation)作為輻射傳輸理論的簡化，已被證明并廣泛應(yīng)用于生物組織內(nèi)光傳輸?shù)拿枋觥；跀U散近似理論的光學特性檢測方法主要有時域方法、頻域方法、空間分辨方法和積分球方法等。其中基于連續(xù)波的空間分辨方法能夠?qū)崿F(xiàn)寬波段檢測，較適合于農(nóng)產(chǎn)品光學特性檢測。

公開號為CN101581666A的發(fā)明介紹了一種基于連續(xù)波的皮膚光學特性參數(shù)測試儀，該發(fā)明所用探頭將光源光線與多根探測光纖緊密排列并安裝在基體上，以提高測量的空間分辨率(亞毫米量級)。該方法單次只能檢測一個波長下的光學特性參數(shù)，而且不能用于雙層生物組織的光學特性參數(shù)檢測。公開號為CN103940776A的發(fā)明公開了一種基于積分球方法的農(nóng)產(chǎn)品光學特性檢測裝置。該發(fā)明通過控制系統(tǒng)控制光源切換裝置在多個光源之間自由切換，通過積分球與光譜儀采集農(nóng)產(chǎn)品組織的光譜數(shù)據(jù)，從而計算出光學特性。該方法較為傳統(tǒng)，單次只能測得單波長下的光學特性參數(shù)，同樣不能用于雙層生物組織的光學特性參數(shù)檢測。公開號為CN102058393A的發(fā)明提供了一種基于光譜測量的皮膚光學特性參數(shù)測量方法和系統(tǒng)，該方法通過實驗數(shù)據(jù)和蒙特卡洛模擬相結(jié)合的方法進行數(shù)據(jù)分析進而擬合出皮膚的光學特性參數(shù)。公開號為CN101313847A提供了一種對人體皮膚病變組織進行無損光學參數(shù)成像的裝置與方法。該發(fā)明用線陣CCD探測斜入射光源的漫反射光，用蒙特卡洛統(tǒng)計方法逆向求解皮膚組織表面的吸收系數(shù)和約化散射系數(shù)。以上兩個發(fā)明都基于蒙特卡洛方法，計算算法繁瑣，計算時間較長，無法進行實時處理。同樣，上述兩個發(fā)明只適用于單層組織光學特性檢測。

對于瓜果類農(nóng)產(chǎn)品，大多屬于雙層結(jié)構(gòu)組織(果皮、果肉)，且果皮和果肉的光學特性通常存在較大差異。因此有必要對雙層結(jié)構(gòu)組織分別測出其光學特性參數(shù)。Kienle等(參見Kienle?A,等.Noninvasive?determination?of?the?optical?properties?of?two-layered?turbid?media.Applied?optics,1998,37(4):779-791.)基于擴散近似理論推導出了用于雙層生物組織光學特性參數(shù)檢測的理論模型，可用于雙層生物組織光學特性參數(shù)的反演計算。Cen等(參見Cen?H,等.Quantification?of?the?optical?properties?of?two-layer?turbid?materials?using?a?hyperspectral?imaging-based?spatially-resolved?technique.Applied?optics,2009,48(29):5612-5623.)對上述模型進行了驗證及應(yīng)用，結(jié)果表明，在已知第一層光學特性參數(shù)及厚度的情況下，反演計算得到的第二層光學特性參數(shù)精度較高，而對雙層光學特性參數(shù)進行同時反演計算時，精度較差，誤差高達23％。

實用新型內(nèi)容