時間分辨組織體光學(xué)參數(shù)測量及擴(kuò)散光學(xué)成像實驗研究.pdf

1、對生物組織的光學(xué)參數(shù)，如吸收系數(shù)μa(absorption coefficient)、約化散射系數(shù)μa(reduced scattering coefficient)等進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，是光應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用的前提條件，是用光作診斷和治療的研究熱點之一。目前應(yīng)用于光學(xué)參數(shù)研究和近紅外光成像的主要測量方法有連續(xù)光法、頻域法和時間分辨法。而基于時間相關(guān)的單光子計數(shù)技術(shù)(Time-correlated Single Photon

2、Counting，TCSPC)可以在單一源和探測器距離下提供比連續(xù)光法和頻域法更多的信息，能夠有效的區(qū)分出吸收系數(shù)和散射系數(shù)的貢獻(xiàn)。此外，與傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)診斷和成像設(shè)備(如x射線、腦電圖、核磁共振)相比，近紅外光成像不僅可以直接獲取組織體的功能信息，還可以實現(xiàn)對活體組織的無損傷及實時的探測和成像，特別是在時間分辨測量條件下能夠?qū)崿F(xiàn)快速、高靈敏度的組織體功能信息的獲取。因此，TCSPC技術(shù)是測量生物組織光學(xué)參數(shù)及近紅外光醫(yī)學(xué)成像診斷的強(qiáng)有力的

3、方法。 本文主要研究了時域TCSPC的基礎(chǔ)理論，并在國內(nèi)外TCSPC系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，設(shè)計、搭建和調(diào)試了一套基于TCSPC技術(shù)的測量系統(tǒng)，用來獲取生物組織的光學(xué)參數(shù)，并進(jìn)一步探討TCSPC技術(shù)在近紅外光醫(yī)學(xué)成像診斷方面應(yīng)用的可行性。 在該TCSPC測量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開展了一系列的實驗研究工作：首先，設(shè)計了快速簡單的系統(tǒng)時間原點的校正方法。 其次，選用基于時間擴(kuò)展曲線的平均飛行時間和方差的特征參數(shù)法進(jìn)行光學(xué)參數(shù)反演，

4、因為此算法具有快速簡單的特點，適用于組織體光學(xué)參數(shù)的活體測量。 然后，進(jìn)行了一系列的液體、固體模型實驗研究，并應(yīng)用該TCSPC測量系統(tǒng)來檢測人體前臂肌肉的光學(xué)參數(shù)和血氧飽和度生理變化。通過大量的模型和人體實例實驗，驗證了系統(tǒng)和算法完全能夠承擔(dān)活體測量組織體光學(xué)參數(shù)任務(wù)。 由于時間擴(kuò)展曲線的特征參數(shù)(如峰值、光強(qiáng)、平均飛行時間，方差等)對組織體的吸收系數(shù)和散射系數(shù)的變化反應(yīng)靈敏，使基于該TCSPC測量系統(tǒng)的光學(xué)直接成像成為