[發(fā)明專利]基于空間分辨漫反射光譜反演生物組織光學(xué)特性的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610017591.2
• 申請(qǐng)日: 2016-01-12
• 公開（公告）號(hào): CN105651735B
• 公開（公告）日: 2019-02-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 謝麗娟;王愛臣;王陳
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號(hào): G01N21/47
• 分類號(hào): G01N21/47
• 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;王之懷

本發(fā)明涉及基于空間分辨漫反射光譜反演生物組織光學(xué)特性的方法。目的是提供的反演方法可以得到更為精確的光學(xué)特性參數(shù)量。技術(shù)方案是：基于空間分辨漫反射光譜反演生物組織光學(xué)特性的方法，該方法的具體步驟為：1、確定用于計(jì)算組織光學(xué)特性參數(shù)所用空間分辨漫反射光譜的起點(diǎn)和終點(diǎn)；2、將區(qū)間選擇后的空間分辨漫反射光譜用平均歸一化方法進(jìn)行歸一化處理；3、利用逆問題算法進(jìn)行最優(yōu)曲線擬合，初步得到該樣本的光學(xué)特性參數(shù)，進(jìn)而可得到對(duì)應(yīng)的自由光程；4、根據(jù)步驟(3)計(jì)算得到反射光譜有效區(qū)間，進(jìn)行相同的平均歸一化處理，然后用步驟(3)中相同的逆問題算法重新進(jìn)行曲線擬合，得到光學(xué)特性參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種生物組織光學(xué)特性無損檢測(cè)方法，尤其涉及一種基于空間分辨漫反射光譜反演生物組織光學(xué)特性的方法。

背景技術(shù)

光譜分析技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于產(chǎn)品品質(zhì)分析領(lǐng)域，農(nóng)業(yè)方面目前主要集中于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的無損檢測(cè)，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)主要基于比爾-朗伯定律，會(huì)受到光散射的影響。目前的解決方法主要為后期數(shù)學(xué)方法如多元散射校正(MSC)，此種方法能在一定程度上減輕散射的影響，但并不能從根本上解決散射的影響。另外，在儀器光源設(shè)計(jì)及布置時(shí)，通常都是通過經(jīng)驗(yàn)與后期建模效果來進(jìn)行對(duì)比以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，過程繁瑣且可靠性差。這主要是由于缺乏對(duì)光在生物組織中傳播的理解及生物組織光學(xué)特性的相關(guān)知識(shí)。因此，對(duì)生物組織光學(xué)特性的檢測(cè)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，與之對(duì)應(yīng)的光學(xué)特性參數(shù)分別為吸收系數(shù)(μ_a)和約化散射系數(shù)(μ_s’)，分別代表了生物組織對(duì)光的吸收和散射能力。描述光傳輸?shù)哪Ｐ椭饕休椛鋫鬏斃碚?Radiation Transfer Theory)和擴(kuò)散近似理論(Diffusion Approximation)。基于該兩種理論的光學(xué)特性檢測(cè)方法主要有時(shí)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(cè)，較適合于生物組織寬波段光學(xué)特性檢測(cè)。該方法主要是利用光譜儀和光纖陣列探頭或高光譜成像系統(tǒng)采集生物組織的空間分辨漫反射光譜，然后將此光譜與光傳輸模型的解析解通過合適的逆問題算法(如非線性最小二乘法、隨機(jī)微粒群算法等)進(jìn)行曲線擬合反演出該組織的吸收系數(shù)(μ_a)和約化散射系數(shù)(μ_s’)。但此種反演方法較容易受到信號(hào)噪聲、光譜區(qū)間選擇的影響，誤差較大。有研究表明(參見Nicholos等.Design and testing of awhite-light,steady-state diffuse reflectance spectrometer for determinationof optical properties of highly scattering systems.Applied Optics 36(1):93-104.)，用于光學(xué)特性參數(shù)反演的光譜區(qū)間的起點(diǎn)與終點(diǎn)和該組織的平均自由光程mfp’＝1/(μ_a+μ_s’)存在一定的關(guān)系。但作者只給出了一個(gè)大致的范圍(起點(diǎn)為0.75-1mfp’，終點(diǎn)為10-20mfp’)，該范圍較為粗略且無法直接用于光學(xué)特性參數(shù)的反演，因?yàn)樵谶x擇用于光學(xué)特性參數(shù)反演的光譜區(qū)間時(shí)mfp’值是未知的。公開號(hào)為CN102058393A的發(fā)明提供了一種基于光譜測(cè)量的皮膚光學(xué)特性參數(shù)測(cè)量方法和系統(tǒng)，該方法通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和蒙特卡洛模擬相結(jié)合的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析進(jìn)而擬合出皮膚的光學(xué)特性參數(shù)。公開號(hào)為CN101313847A提供了一種對(duì)人體皮膚病變組織進(jìn)行無損光學(xué)參數(shù)成像的裝置與方法。該發(fā)明用線陣CCD探測(cè)斜入射光源的漫反射光，用蒙特卡洛統(tǒng)計(jì)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(gè)發(fā)明都基于蒙特卡洛方法，計(jì)算算法繁瑣，計(jì)算時(shí)間較長(zhǎng)，無法進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述背景技術(shù)的不足，提供一種基于空間分辨漫反射光譜反演生物組織光學(xué)特性的方法；以獲得更為精確的光學(xué)特性參數(shù)。

本發(fā)明具體采用了以下技術(shù)方案：