[发明专利]混沌介质光学参数多波长空间分辨锁相测量方法与装置

说明书

方法领域

本发明属于组织光学研究中的光学参数测量领域，具体涉及混沌介质光学参数多波长空间分辨锁相测量方法与装置。

技术背景

由于人体组织大部分为水，而水在600-900nm(通常被称为‘近红外光测量和治疗窗口’)[1]波段是低吸收的，在此波段大多数软组织为光学混沌介质，呈现低吸收，高散射特性，因此在该波段组织体的出射光主要为漫射光，漫射光携带了组织体丰富的生理和病理信息，因此利用基于近红外光波段多波长漫射光的光学参数(吸收系数和约化散射系数)测量能够得到较为准确的组织体生理和病理信息。

基于近红外波段漫射光的光学参数测量通常采用间接测量法，首先由实验得到组织体表面的漫反射光的时空分布，其时空分布主要是由组织体的吸收系数和散射系数决定的[2-3]，其次，根据均质条件下扩散理论或蒙特卡洛模拟获得表面光流时空分布及其光学参数，并与相应的实测所得数据进行拟合，重构出被测组织域的光学参数。其主要的测量方法有时域(Time-Domain，TD)[4-6]、频域分辨(Frequency-Domain，FD)[7]和连续光(Continueous-Wave，CW)[8-9]测量三种方式：

时域(TD)测量法虽然具有测量信息相对完整和只需单点测量等优点，但是其测量系统价格昂贵，难以在小型实验室中进行普及。

频域(FD)测量方法一般需要200MHz以上的高频调制以实现相移测量所需的合理信噪比，实现难度较大，单频测量提供的信息有限，而多频测量系统性价比与时域测量相比不占优势，无法提供更多的组织体的功能信息。

基于连续光的多波长空间分辨光学参数测量方法已成为新兴的生物医学光子学重要研究内容之一，目前，国外的科学工作者在这方面做了大量的工作，也取得了诸多成果，而国内该方面的研究较少，该技术利用组织体的“窗口效应”和连续光的空间分辨锁相测量所提供的混沌组织体内光子漫反射的丰富信息，能够有效探测不同器官的光学参数(吸收和散射系数)，作为光检测和诊断技术，该方法在脑功能光学定位与成像，新生儿脑发育实时监护等重要领域有着广阔的应用前景。

参考文献

[1].H.Markolf，Niemz著，张镇西等译，激光与生物组织的相互作用-原理及应用，西安交通大学出版社，1999，7-64；

[2].W.F.Cheong，S.A.Prahland，A review of the optical properties of biological tissues，IEEE J.Quan.Elec，1990，26(26)：2166-2185；

[3].Y.Yamada，Light-tissue interaction and optical imaging in biomedicine，Ann.Rev.Fluid Mech.Heat Transfer 6，1995，1-59；

[4].M.S.Patterson，B.Chance and B.C.Wilson，Time resolved reflectance and transmittance for the noninvasive measurement of tissue optical properties，Appl.Opt.1989，28：2331-2336；

[5].许棠一，张春平，王新宇等，时问分辨反射确定生物组织光学参数的研究，光电子·激光，2004，15(1)：108-112；

[6].赵会娟，高峰，山田幸生，基于多通道时间分辨光学层析成像系统的差分图像研究，光学学报，2001，24(12)：1437-1443；

[7].M.M.Sevick，B.Chance，J.Leigh，et al，Quantitation of time-and frequency-resolved optical spectra for the determination of tissue oxygenation，Anal.Biochem，1991，195：330-351；