[发明专利]提高浑浊介质中成分检测精度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及组织光学研究中的光学参数测量领域，具体讲涉及提高浑浊介质中成分检测精度的测量方法。

背景技术

本发明的研究属于组织光学的一部分，组织光学主要是研究光在浑浊介质中的传播规律，并确定在一定的条件下光辐射能量在浑浊介质内的分布。因此，我们可以将组织光学的相关理论应用于浑浊介质成分检测，研究光与介质的相互作用，为进一步检测浑浊介质中成分的浓度奠定基础。

组织光学是一个从光学学科中衍生出来的新兴学科，是光学与生命科学相互交叉、相互渗透的一个边缘学科，其基本任务和内容都是研究光与组织的相互作用，及光在组织中的传播与分布。基本方法是基于组织的光学特性参数(如表1所示)，建立一定的物理数学模型，利用解析理论如光传输理论和数值理论如蒙特卡罗(Monte Carlo)方法和倍增法(Adding Doubling)，计算或模拟得到光在组织中的分布，为组织的光学诊断和治疗提供依据。

表1组织的光学特性参数

生物组织光学测量，可分为离体测量和在体测量两种方法。在体测量的光学参数检测比较复杂，并且受到组织内部的影响比较多，测量结果的准确度较低。因此，在目前的研究中，我们经常采用离体测量，尽管离体测量在医学诊断上会给患者带来一定的痛苦，但是由于其检测精度较高，测量方法成熟简便，在组织光学的测量中得到了广泛的应用。

在离体的检测方法中，积分球技术是一种应用比较广泛的，技术相对成熟，测量结果比较准确的测量方法。积分球技术分为单积分球技术和双积分球技术，双积分球技术相对于单积分球技术来说，可以有效地消除由于样品的位置发生变化引起的背景噪声，可以在不改变样品位置的情况下得到样品的反射和投射信息。

双积分球技术在1990年首次被用来测量心肌和巩膜组织的光学参数，现已成为测量生物组织的漫反射率、漫透射率和准直透射率的重要工具。测量时，将被测样品放置在两个积分球之间，当即光通过样品时，会发生反射和透射，用检测器可以获得该样品对光的反射率、漫透射率和准直透射率，并根据光在组织中的传输理论，推算出该样品的光学特性参数：吸收系数μ_a、散射系数μ_s及各向异性因子g。具体测量原理如下：

检测器检测到的光强与入射到光电检测器上的功率P_d成正比，在光电检测器的线性工作范围内，检测器的输出电压V和光强成正比，即V＝kP_d，k为比例常数，取决于检测器的特性。然而，在实际的测量中，由于检测器存在噪声和外界的杂散光的影响，还应考虑背景光V_n，因此上式可以改写为V-V_n＝kP_d。

忽略球体的吸收和各个端口的损耗，漫反射率、漫透射率可定义为：

V_x＝(V_measure，x-V_n)/(V₀/R_ref-V_pn)

式中：V_x表示漫反射率R_d和漫透射率T_d，V_measure，x表示有样品时由漫反射和漫透射检测器检测到的电压，V_n为背景噪声，V₀为无样品是将标准反射板放在出光口，记录当光输入到积分球后分别由漫反射或漫透射检测器检测到的电压，R_ref为标准反射板的反射系数，V_pn为没有样品的情况下使光穿过积分球有漫反射或漫透射检测器测量得到的电压，测量系统示意图见附图1。

此处，值得注意的是积分球采用的是相对测量技术，即漫反射率、漫透射率及准直透射率都是相对于某个基线的测量，测量值介于0-1，三者之和也不可能大于1。

如果激光器的准直性能较好，光路调整好后会有V_pn≈V_n。另外在消背景噪声干扰的情况下，调整好光路，可以认为V_pn≈V_n≈0。因此，漫反射率、漫透射率和准直透射率可以简化为：