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光学学报 2007年第8期27卷 1465-1469页

作者：鞠栅邓勇骆清铭鲁强华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室武汉光电国家实验室生物医学光子学研究部武汉430074

已有实验表明偏振门和斜入射技术能有效地抑止深层散射光子,实现浅表组织光学特性的检测。采用蒙特卡罗方法,分析了斜入射、偏振门的特性,研究了组织光学参量和入射角等参量对平均探测深度的影响。结果表明,组织的各向异性因子和入射角... 详细信息

已有实验表明偏振门和斜入射技术能有效地抑止深层散射光子,实现浅表组织光学特性的检测。采用蒙特卡罗方法,分析了斜入射、偏振门的特性,研究了组织光学参量和入射角等参量对平均探测深度的影响。结果表明,组织的各向异性因子和入射角对平均探测深度影响较大。当各向异性因子较小(小于0.8)或者入射角较大(大于1.4 rad)时,组织的平均探测深度能满足小于2倍平均自由程的要求。偏振门和斜入射技术均可使探测光子经历的散射次数和探测深度有明显减小,因此,结合偏振门和斜入射技术能够更有效地分辨来自浅层的信号光,抑止来自深层的背景光。

关键词：医用光学与生物技术偏振门斜入射蒙特卡罗模拟

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组织模型偏振后向散射差分光谱的测量

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光学学报 2007年第11期27卷 2038-2041页

作者：杜玲艳邓勇鞠栅骆清铭鲁强华中科技大学生命科学与技术学院武汉430074

建立了一套用于测量生物组织模型偏振后向散射差分光谱的实验系统。在系统中,线偏振光入射到样品表面,检偏器和光谱仪配合记录后向散射光中的平行和垂直分量,随后计算出差分光谱。采用了平均直径分别为5.0μm、9.0μm的两种聚乙烯小球... 详细信息

建立了一套用于测量生物组织模型偏振后向散射差分光谱的实验系统。在系统中,线偏振光入射到样品表面,检偏器和光谱仪配合记录后向散射光中的平行和垂直分量,随后计算出差分光谱。采用了平均直径分别为5.0μm、9.0μm的两种聚乙烯小球悬浮液进行实验,结果与蒙特卡罗模拟进行对照,验证了实验系统的正确性。初步研究了粒子尺寸分布变化对差分光谱的影响,结果表明,偏振散射差分光谱能敏感地反映粒子尺寸分布的变化,在大小粒子的混合液中,大粒子浓度一定程度的增加,光谱仍保留小粒子的振荡趋势,但差分光强减小。该方法对于早期癌症检测具有潜在应用意义。

关键词：医用光学与生物技术偏振散射光谱偏振门组织模型

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后向偏振散射光谱系统的构建及初步应用

后向偏振散射光谱系统的构建及初步应用

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作者：杜玲艳华中科技大学

学位级别：硕士

偏振散射光谱术,是一种无损在体光学检测技术,它利用后向偏振散射光来探测细胞核形态学参数的变化。我们知道肿瘤的形成往往最先反映于上皮细胞核形态学参数的变化,如细胞核尺寸、核浆比,核染色质的增加。测量上皮细胞后向散射光谱有望... 详细信息

偏振散射光谱术,是一种无损在体光学检测技术,它利用后向偏振散射光来探测细胞核形态学参数的变化。我们知道肿瘤的形成往往最先反映于上皮细胞核形态学参数的变化,如细胞核尺寸、核浆比,核染色质的增加。测量上皮细胞后向散射光谱有望检测到早期癌症信号,从而实现早期治疗。我们在国家自然科学基金的资助下,建立了一套后向偏振散射光谱测量系统,并初步应用于区别不同时期的鼻咽癌细胞。本文具体内容如下: 首先简述了后向偏振散射光谱测量系统的理论基础—米氏散射理论及偏振门技术,设计并实现了可测量高散射介质后向偏振散射光谱的光学系统。在系统中,采用线偏振光斜入射到高散射介质样品表面,检偏器和光谱仪配合记录后向散射光中平行、垂直分量,随后计算出差分光谱或偏振度光谱用于分析。我们用该系统对平均直径分别为5.0μm、9.0μm的两种聚乙烯小球悬浮液进行了实验,将实验结果与蒙特卡罗模拟结果进行对比,验证了该系统的正确性。我们采用该系统,以聚乙烯小球悬浮液组织模型为对象,初步研究了粒子的平均尺寸、粒子尺寸分布对后向偏振散射光谱的影响,并得到如下结论:1)随着粒子平均直径的增加,光谱振荡频率将增加,振幅将减小,偏振度值增大。2)在大小粒子的混合液中,大粒子浓度一定程度的增加,光谱仍保留小粒子的振荡趋势,但差分光强减小。最后,我们将该系统应用于研究不同时期鼻咽癌细胞的特性。我们发现,常规的光谱技术很难分辩出癌变过程中不同时期的鼻咽癌细胞,而后向偏振散射光谱术可以探测到显著差异。这可能为鼻咽癌的检测与研究提供了一种新手段。

关键词：后向偏振散射光谱偏振门米氏理论散射介质

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多维弹性光散射场与浅表层组织形态关系研究

多维弹性光散射场与浅表层组织形态关系研究

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作者：王保勇浙江大学

学位级别：硕士

弹性光散射(Elastic light Scattering, ELS)是一项基于麦克斯韦方程组或辐射传输理论,求解介质的散射光场,进而反演介质信息的技术。介质解析光场,又称多维弹性光散射场,包含角谱、光谱、偏振态等综合信息,其信息量远大于传统基于单点... 详细信息

弹性光散射(Elastic light Scattering, ELS)是一项基于麦克斯韦方程组或辐射传输理论,求解介质的散射光场,进而反演介质信息的技术。介质解析光场,又称多维弹性光散射场,包含角谱、光谱、偏振态等综合信息,其信息量远大于传统基于单点光强探测的信息量,具备超越光学衍射极限的潜质。事实上,依照不同的应用目的,各研究小组做了大量的工作,这包括从介质到多维弹性散射光场的正向问题及从多维弹性光场到介质的逆向问题。特别的,在生物组织光学领域,各研究小组从多维弹性光散射场中提取出了丰富的信息,为医学诊断提供了新的信息,为医学治疗提供了新的方法。一直以来,生物组织以其结构的复杂性和多样性,光在组织中的传输规律都是一个难题,研究者无法在麦克斯韦方程组下建立严格的、普适的组织光传输模型。研究者只能把组织抽象化,把组织看成单个光学微元的集合体,光在各微元间随机的游走,通过改变微元的光学性质及密度达到仿真任何组织光学特性的目的,这是基于辐射传输理论的组织光学研究内容。显然,辐射传输理论对不同的生物组织具有普适性,也正是如此,基于该理论求解的组织光学参数失去了特异性。在某些应用领域,比如浅表层生物组织的光传输规律研究,光传输的规律相对比较简单,不像深厚组织那样复杂,散射光场特异性强,与组织信息的关联性强,应用麦克斯韦方程组的电磁理论更适合这类问题的研究。本论文以浅表层组织的弹性光散射场的正演及反演问题为研究对象,达到从探测多维弹性散射光散射场反演组织形态学信息的目的。首先根据浅表组织的结构特点,将组织分为离散随机介质和连续随机介质两大类,分别建模和进行有限元仿真,并从两大基本模型出发推导出综合介质模型,并进行仿真,最终搭建系统实验。第一章绪论。说明本论文的研究背景,研究问题的主要内容及实现的技术路线。第二章浅表层组织弹性光散射的理论基础。从单个粒子的散射理论出发,具体研究了从离散随机介质模型和连续随机介质模型的多维弹性散射场反演组织模型参数的问题,并尝试将两种模型统一起来。第三章浅表组织弹性光散射的模拟与实验。本文用时域有限元仿真的方法(finite-different time-domain, FDTD)及实验两种研究方法检验理论研究的正确性。首先本文离散随机小球和连续随机介质的仿真,然后做了聚苯乙烯小球(离散随机介质模型)的仿真与实验。第四章总结与展望。对全文进行总结,探讨下一步工作的方向,提出完善工作的几种途径。

关键词：浅表层组织形态多维弹性光散射光学指纹离散随机介质连续随机介质偏振门

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偏振散射光谱术的蒙特卡罗模拟研究

偏振散射光谱术的蒙特卡罗模拟研究

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作者：鞠栅华中科技大学

学位级别：硕士

偏振散射光谱术,作为一种无损光学检测技术,利用后向偏振散射光谱探测上皮组织细胞核形态学参数,对早期癌症检测具有巨大的潜在应用价值。然而,对这一技术的机理研究目前尚缺乏较好的手段。蒙特卡罗模拟是一种可用于研究光在混浊介质中... 详细信息

偏振散射光谱术,作为一种无损光学检测技术,利用后向偏振散射光谱探测上皮组织细胞核形态学参数,对早期癌症检测具有巨大的潜在应用价值。然而,对这一技术的机理研究目前尚缺乏较好的手段。蒙特卡罗模拟是一种可用于研究光在混浊介质中传输的常用方法,被广泛地用于研究各种生物光学成像技术。但是,由于受计算资源的限制,蒙特卡罗方法在使用上受到很大限制,往往无法用于光谱研究。我们因此引入并行计算方法,实现了可用于模拟偏振散射光谱的并行偏振蒙特卡罗模拟程序,进而在此基础上对偏振散射光谱术进行了初步研究。首先给出了整个模拟的详细算法,其主要内容为:采用多聚小球悬浮液模型模拟具有混浊特性的生物组织,其光学参数如各向异性因子、散射系数、以及米勒矩阵等采用米氏理论计算获得。光子的偏振特性则采用斯托克斯矢量来描述。通过跟踪光子在模型中迁移引起的参考坐标系及斯托克斯矢量的变化,光在组织中的传输得以模拟。最后对相关物理参量进行统计分析,给出实验可观测的各项光学量。进一步,我们忽略不同波长之间光的相互作用,光子被认为服从独立同分布,因此采用并行计算方法实现了光谱模拟的并行蒙特卡罗程序。随后的并行性能分析表明,我们的并行程序具有良好的可扩展性。模拟结果和实验结果对比,其较好的吻合有效地验证了程序的正确性。然后利用此并行蒙特卡罗模拟程序,我们研究了组织特性对偏振散射光谱的影响以及偏振散射光谱术中的一些关键问题:偏振门技术,单次与多次光谱特性和双层模型的偏振散射光谱。得到一系列结论:1)光谱振荡频率随着粒子直径的增大而增大,振荡振幅随着粒子尺寸分布方差的增大而减小,甚至消失。2)在偏振门作用下,探测深度随各向异性因子的增大而增大,随入射角的增大而减小。3)同种组织的单次和多次偏振散射光谱具有相似的特征。4)双层模型中,当上层组织较薄或者其各向异性因子较大时,下层组织对测量上层组织偏振散射光谱的影响较大,这种影响可以通过增大入射角来减小,甚至完全消除。

关键词：偏振散射光谱术偏振门蒙特卡罗模拟并行计算

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偏振光应用于癌症早期检测的研究进展

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四川理工学院学报（自然科学版） 2010年第6期23卷 712-715页

作者：杜玲艳詹旭四川理工学院自动化与电子信息学院四川自贡643000

介绍了偏振光在偏振门技术、后向偏振散射光谱术、米勒矩阵测量方面的应用,且引入了偏振门的上皮组织成像将更清晰,后向偏振散射光谱对上皮组织细胞核的尺寸分布、粒子数密度及相对折射率的变化相当敏感,米勒矩阵也能反映散射介质的光... 详细信息

介绍了偏振光在偏振门技术、后向偏振散射光谱术、米勒矩阵测量方面的应用,且引入了偏振门的上皮组织成像将更清晰,后向偏振散射光谱对上皮组织细胞核的尺寸分布、粒子数密度及相对折射率的变化相当敏感,米勒矩阵也能反映散射介质的光学特征等观点。因而认为偏振光在癌症早期检测技术中具有潜在应用意义。

关键词：医用光学和生物技术偏振门偏振散射光谱米勒矩阵

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