基于皮肤仿体的甘油光透明效果研究

为了实现对甘油光透明效果的定量描述,引入组织仿体模拟皮肤的光学参数,分别利用双积分球系统及近红外光谱仪对含有不同浓度甘油的皮肤仿体的光学特性进行测量,研究甘油浓度变化对皮肤仿体光透明效果的影响.结果表明,在632.8 nm处随甘油浓度的增加皮肤仿体的散射系数降低,光穿透深度也得到提高,最大能提高48.76%;同时,皮肤...     

单像素空间频域成像的实时化

本文提出了一种单像素空间频域成像的实时化方法,该方法可动态测量多波长下的空间频域漫反射图像,并快速重构光学参数。动态单像素成像采用交叠成像窗口方式,即只更新少数测量值来重建新一帧图像,其他测量值与前一帧共享,因此在相同的测量时间内可以获得传统方法两帧图像间的多帧中间状态图像,有效提高了单像素成像的帧率。针对空间频域漫反射图像的频谱分布,设计了圆形路径下单像素采样模板的测量顺序及成像窗口交叠长度,以保证动态成像过程中漫反射图像的直流成分和交流成分同步更新。为快速重构光学参数图像,提出一种基于区间优化和像素优化的快速查表法,该方法有效减少了传统查表法重构光学参数过程的冗余运算,提高了重构速度。使用搭建的单像素空间频域成像系统对所提方法进行了一系列仿体验证,结果表明,所提方法可以实现超过10 frame/s的多波长漫反射图像的实时测量,并可以以低于2%的误差实时重构光学参数图像。     

偏振空间频域成像系统及仿体验证

偏振光学成像是一种非标记、无损伤的检测技术,对亚波长微观结构的变化比较敏感,可以提供丰富的组织结构和光学信息。然而,在可见波段范围内,生物组织是强散射介质,光在组织中传播时会经历多次散射,失去原本携带的相位和偏振信息,从而影响光学成像的对比度和分辨率。本团队结合空间频域成像和偏振光学成像方法,搭建了偏振空间频域成像系统。通过高频空间频域成像控制照明光的穿透深度,利用穆勒矩阵表征样品浅层的偏振参数,进而反映样品浅层的微观结构信息。实验结果显示：偏振空间频域成像系统测得的灰阶板漫反射率与标准值线性相关(R²=0.99988);退偏系数与脂肪乳体积分数成正比关系,二向衰减系数随二向衰减器导致的二向衰减增大而增大;该系统可以准确测量四分之一波片和全波片的相位延迟,表明该系统可以准确测量样品的偏振参数。对比传统偏振光成像和偏振空间频域成像结果可以发现,偏振空间频域成像可以有效控制成像深度,精确测量样品浅层的穆勒矩阵。采用该系统对烧伤猪皮进行检测,测量结果显示：猪皮组织内部的胶原蛋白结构被破坏,相位延迟降低。本研究结果预期能够有效提升浅层组织偏振特性检测的准确性,促进肿瘤的早...     

用近红外光谱对组织氧测量方法的研究

在多层生物组织模型下，提出了一种利用近红外光谱技术定量无损检测组织氧饱和度的方法，讨论了受试者具有不同的外层组织时，如何采用适当的校准方法使半定量测量组织血氧浓度变化值具有可靠性和可比性；自行设计的监测系统，结构较为简洁，其探头包括光源和2个检测器，光源采用双波长LED，检测器为集成光学器件，2个检测器分别放置在与光源不同距离的位置上；以240mmHg压力进行人体前臂组断，氧合血红蛋白HbO2、还原血红蛋白Hb的浓度变化和组织氧饱和度tSO2的测试结果与时间分辨光谱TRS方法所得结果一致；系统基线平稳，具有较好的稳定性和检测精度。     

三维全深度复频域光学相干层析成像系统及其对人体皮肤的在体成像

基于正弦相位调制建立了用于人体皮肤在体三维成像的全深度复频域光学相干层析(FDOCT)成像系统。通过在不同横向位置获取的干涉谱信号中引入正弦相位调制,利用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号,使成像深度范围扩大为原来的两倍,且适合对活体组织进行在体成像。通过优化相位调制周期内的采样点数,提高了镜像抑制比。基于该系统在体获得了人体皮肤的三维全深度层析图,图中角质层、表皮层及真皮乳突层等皮肤层状结构清晰可见,镜像消除比约为36dB。     

He-Ne激光照射下生物组织光学特性参数的测量

生物组织在He-Ne激光照射下,通过测量组织表面的漫射光分布,利用漫射近似所得到的解析表达式,反演其光学特性参数,可实现光学特性参数的无损测量;通过对牛肌肉、猪肉和鸡肉生物组织的测量,获得了这些组织的吸收系数和有效散射系数.     

正弦相位调制全深度频域多普勒光学相干层析成像技术

将多普勒探测与正弦相位调制复频域光学相干层析成像技术(OCT)相结合,建立了基于正弦相位调制的全深度频域多普勒光学相干层析成像系统。利用正弦相位调制B-M扫描方法,并采用傅里叶变换结合带通滤波的方法重建复干涉谱信号,获得全深度层析及多普勒图像。成像深度范围扩大为原来的2倍,在整幅图像范围内均可获得较高的速度探测灵敏度。基于该系统获得了血流仿体的全深度层析图及全深度多普勒图。实验测量的系统最小可探测速度为5.35μm/s。     

压缩倾角薄层光学层析成像系统

首先研究了LOT中光线倾斜角度对光在组织体内分布的影响,在此基础上设计并完成了压缩倾角薄层光学层析成像(cdaLOT)系统,提出了矫正扫描振镜枕型畸变的新方法,并发展了基于虚拟源-扩散近似技术和GPU的LOT快速图像重建算法.光路模拟结果表明,cdaLOT系统可使入射主光线倾角减小为传统LOT系统的1/2.cdaLOT系统将测量值与蒙特卡洛模拟结果的相对误差由传统系统的38%降低为18%,从而缓解了实际测量方式和正向数学模型的不匹配性.仿体成像实验表明:重建异质体的吸收系数、位置和形状与真实情况基本相符.     

基于偏振成像的面部皮肤结构和特征非接触在体测量方法

数字成像技术能对皮肤的微观结构、生理特征、新陈代谢情况等进行描述，有助于对皮肤形态和动态平衡机制进行定量评估，对皮肤病筛查等具有重要意义。偏振成像方法以其非接触、信息量丰富、无需染色标记等特点，被广泛应用于包括皮肤检测在内的生物医学研究领域。本文提出了一种基于偏振成像的面部皮肤结构和特征的非接触在体测量方法，并利用这一方法分析了不同偏振成像模式对面部皮肤不同参数测量结果的影响。具体而言，首先构建了一套可调偏振成像模态的人体面部皮肤测量系统，然后分别在无偏振、平行偏振和正交偏振三种成像模式下对5个基于CIE Lab色彩空间和Frangi滤波器的面部皮肤参数进行了测量分析。通过对不同参数在面部不同区域的异质分布进行细化探究，得到了不同偏振模态成像获取特定面部皮肤参数的效果差异，并给出了不同参数的偏振测量建议，为提高临床应用中偏振成像非接触、定量测量皮肤参数的有效性奠定了基础。     

脉冲光热偏转测量大的光学吸收系数

本文叙述了脉冲光热偏转方法测量介质的光学吸收系数的基本原理和理论依据。实验测量了几种不同浓度的ＫＭｎＯ４溶液在５３２ｎｍ波长的光学吸收系数并与分光光度法测量值直接比较，两者完全符合。实验还测量了６３２．８ｎｍ波长滤光片在５３２ｎｍ波长的光学吸收系数。     

单光源、单探测器的近红外光学乳腺成像系统

阐述了一套基于频域技术的新型近红外光学乳腺成像系统.与本实验室曾经研制过的多光源、多探测器样机相比,此系统采用单光源、单探测器,因而从根本上避免了多通道成像系统中各路之间不匹配的现象,并简化了结构,同时降低了成本.仿体实验和临床实验结果证明,本系统具有较高的灵敏度和分辨率,可能成为一种行之有效的乳腺癌检测方法.     

人体组织光学穿透深度和折射率的测量

给出了人体组织光学穿透深度和折射率测量技术和两组实验结果.作者开发了一种测量光学参数的新方法,这种间接测量法用漫射理论的解结合Monte Carlo模拟的一个结果,通过测定组织体表面漫反射率和体内光能流率分布计算出人肺癌组织和正常组织的光学衰减系数和穿透深度,分别获得了406.7～415.4 nm,632.8 nm和676 nm激光辐射下离体肺样品的测量和计算结果.此外,我们已经开发出一种基于全反射原理测量生物组织折射率的简便方法.该法的主要优点是消除了组织体强散射的影响,适合于小样品和高精度测量.作者测量了不同年龄、性别和肤色的皮肤折射率,这是活体人组织折射率的第一组数据.皮肤的测量结果表明该测量方法是有用和可靠的.(OF7)     

一种基于稳态光子计数模式的面向乳腺扩散荧光光学联合层析成像方法

为增强乳腺扩散光学层析(Diffuse Optical Tomography,DOT)方法的实用性,提出了一套稳态扩散荧光-光学联合断层成像系统与算法.系统采用基于光开关切换的串-并混合门控光子计数检测模式,可有效实现测量时间、灵敏度和系统性价比之间的平衡;算法以图形处理器加速的蒙特卡洛光子输运模型为基础,采用了荧光DOT"导航"的血氧DOT图像重建策略,通过利用高对比度荧光DOT的先验位置信息,可有效改善血氧DOT图像重建的不适定性.仿体实验结果表明,与单独DOT方法相比,此联合方法可明显提高图像重建的定位准确度和定量性.     

最新血氧仪低功耗设计方案

下面介绍一个以Microchip MCU与Intersil的模拟器件为主的血氧仪的低功耗设计方案.血氧仪用来测量血氧饱和度的电子设备,血氧饱和度是血液中被氧结合的氧合血经蛋白(HbO2)的容量占全部可结合的血红蛋白(Hb)容量的百分比,即血液中血氧的浓度,它是用于表征呼吸循环的重要生理参数,正常人体动脉血氧饱和度为98%.本方案采用光电传感器测量,利用人体的血红蛋白对660nm的红光和940nm的近红外光的吸收率不一样,测定通过手指(或耳垂等)光传导强度,再通过软件计算并得出血氧饱和度.     

基于容积波分析的血氧饱和度测量系统

基于光电容积脉搏波原理,利用红光和近红外光两种波长的半导体激光光源,对人体手指末端做透射吸收测量,在心脏的周期性收缩和舒张作用下,得到交、直流容积波信号,根据血液中氧合血红蛋白（HbO2）和还原血红蛋白（Hb）对这两种波长光能量的吸收差异,建立差分方程,通过数学解析计算得到血氧饱和度数值,实现了人体血氧饱和度的无创和连续测量。     

像素平移法提高频域光学相干层析成像深度

增大频域光学相干层析术(FDOCT)成像深度是扩大FDOCT应用范围的一个关键。主要研究了基于像素平移法提高频域OCT成像深度的问题。讨论了像素平移法的基本原理,阐述了频域OCT理论最大成像深度与电荷耦合元件(CCD)像素数的关系。通过点扩散函数实验、5层盖玻片成像实验以及手指皮肤的活体成像实验验证了像素平移法对于提高频域OCT成像深度的作用。手指皮肤的成像实验表明256个像素点的CCD和512个像素点的CCD采用像素平移法后实际成像深度分别增加到了原来的1.98倍和1.12倍。Matlab软件模拟验证方法为频域OCT系统中CCD的像素数选择提供了参考。     

中国人血液的组织光学参数

本文介绍了血液组织光学特性的测量原理与方法，并测量获得了不同血型的中国人血液的组织光学参数，包括血液吸收系数、散射系数、全衰减系数、平均散射余弦、有效衰减系数和穿透深度等。本研究对激光照射血液疗法以及其它激光照射人体组织的诊断与治疗，具有重要的实用或参考价值。     

基于多阶微分的相敏光学相干弹性成像

为了提高光学相干弹性成像(OCE)灵敏度,达到通 过测量微小形变实现生物组织弹性成像的目的,提 出了一种基于多阶微分放大的相敏OCE方法。本方法采用压电陶瓷(PZT)作为外部驱动激励源 , 以PZT谐振频率为驱动频率,通过提取相邻时刻微小位移改变引起的相位差,并对 其作微分放大从而 实现微小位移提取。通过对有内嵌物的琼脂模拟样品进行弹性成像,可将反射系数相近、弹 性模量相差较大 的不同样品进行区分。仿体实验说明,本文方法具有较高的高灵敏性,可用于实现弹性成像 。通过获得离体大 鼠肺部肿瘤组织的三维弹性图像和二维切面图像,实现了肿瘤的弹性成像。癌症组织实验结 果表明,本方 法在微小肿瘤病灶边缘诊断方面具有较高的实用价值,通过弹性图像中可以清晰地辨别出微 小肿瘤组织及周围正常组织。     

频域偏振敏感光学相干层析系统的研制及应用研究

偏振敏感光学相干层析(PS-OCT)是在OCT技术基础上发展起来的一种可以测量样品偏振特性的层析测量方法.本文将具有更快扫描速率及更高灵敏度的频域OCT技术与偏振特性测量相结合,研制了频域PS-OCT系统,纵向分辨率达到了11 μm,实现了高于260 Hz的扫描速率,获得了样品双折射、Stokes向量的偏振信息图像.该实验系统对肌腱、肌肉纤维等生物组织样品进行的应用实验显示了PS-OCT成像方法在生物医学成像中的独特优势和发展潜力.     

面向吲哚菁绿药代动力学成像的动态实验系统

为实现小动物吲哚菁绿(ICG)药代动力学成像,设计了一套高灵敏度扩散荧光层析成像系统。该系统采用了基于离散光纤耦合光子计数采集的仿计算机断层成像扫描方式,在保障高灵敏度和大动态范围测量的前提下,可有效提高系统的空间采样分辨率;同时采用了基于光开关切换四通道串-并混和的测量模式,兼顾了测量时间分辨率和系统性价比之间的平衡。为验证实验系统的有效性,设计了可模拟小动物体内ICG代谢规律的动态仿体,并结合实验室开发的荧光剂药代动力学直接重建算法,实现了ICG代谢速率的重建。实验结果表明,该系统具有较高的空间分辨率、灵敏度和量化性。