相干層析與干涉光譜系統(tǒng)中的光學(xué)信號(hào)傳輸特性.pdf

1、本文通過(guò)將光學(xué)相干層析和干涉光譜理論相結(jié)合，嘗試構(gòu)建基于邁克爾遜干涉儀的相干層析與干涉光譜系統(tǒng)，并使得該系統(tǒng)能夠同時(shí)獲得樣品目標(biāo)的三維圖像信息和光譜信息，分析該系統(tǒng)中的光學(xué)信號(hào)傳輸特性以及光在組織中的傳輸特性。該技術(shù)應(yīng)用于皮膚組織時(shí)，探測(cè)深度能夠達(dá)到1mm-3mm。對(duì)于大多數(shù)的疾病，皮膚內(nèi)部組織特征大多會(huì)發(fā)生變化，一般會(huì)在淺表層，尤其是在表皮層和真皮層有一定的表現(xiàn)。因此，研究光在皮膚組織表皮層或真皮層光學(xué)參數(shù)改變時(shí)的光傳播特性和光能量分

2、布特性對(duì)疾病的診斷和治療等都有著極其重要的意義。
　　本文主要研究?jī)?nèi)容歸納如下:
　　(1)基于相干層析成像系統(tǒng)和干涉光譜系統(tǒng)的光路原理和光信號(hào)傳輸?shù)臄?shù)學(xué)理論，從理論上研究了相干層析和干涉光譜系統(tǒng)構(gòu)建的可行性，討論了系統(tǒng)光信號(hào)傳輸?shù)挠绊懸蛩匾约按郎y(cè)組織樣品對(duì)光信號(hào)的影響。
　　(2)基于蒙特卡羅方法和光與生物組織相互作用的理論，闡述了單層和多層組織的蒙特卡羅光學(xué)模型和模擬過(guò)程，模擬分析了單層和多層半無(wú)限組織的光學(xué)特性參

3、數(shù)對(duì)光傳輸和能量分布特性的影響。
　　(3)基于文獻(xiàn)提供的實(shí)際皮膚的光學(xué)參數(shù)模型，模擬分析了不同黑色素含量的三層皮膚組織以及不同血液含量的四層皮膚組織的光傳輸和光能量分布特性和規(guī)律。本文主要研究結(jié)果有:
　　(1)通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的理論分析，給出了系統(tǒng)中光信號(hào)傳輸?shù)臄?shù)學(xué)表達(dá)式，并發(fā)現(xiàn)光源的選擇，系統(tǒng)掃描的方式，系統(tǒng)的噪聲以及組織的結(jié)構(gòu)和光學(xué)特性對(duì)系統(tǒng)構(gòu)建及系統(tǒng)中光信號(hào)的傳輸都有很大的影響。
　　(2)模擬光在單層和多層半無(wú)限

4、組織傳輸時(shí)發(fā)現(xiàn):吸收系數(shù)μα越大，光在組織中的縱向能量吸收強(qiáng)度A(z)越大而漫反射強(qiáng)度R(r)越小;散射系數(shù)μs越大，越容易被散射，R(r)越大;各向異性因子g越大，組織的吸收和散射強(qiáng)度都減小而前向穿透能力越強(qiáng);折射率n越大，光在組織中吸收越大而散射越小。光能量分布通常在分層組織的分界面處存在明顯的分界線(xiàn)，而每層組織中的分布特征與單層組織的模擬結(jié)果類(lèi)似。
　　(3)模擬光在多層皮膚組織中傳輸時(shí)發(fā)現(xiàn):表皮層中黑色素含量越大，μα也就

5、越大，A(z)越大，光能流率F(z）和R(r)越小;光吸收能量密度A(r,z）呈現(xiàn)出明顯的分層現(xiàn)象，且μα越大，能量分布的中心半徑越大，而離中心深度變遠(yuǎn)，能量吸收逐漸減少。對(duì)于四層皮膚組織，真皮層血液含量不同，其光學(xué)特性參數(shù)也不同，A(r，z)呈現(xiàn)出明顯的分層現(xiàn)象，且真皮層中μα、μs、g的改變，影響A(r，z)在真皮層、表皮層和肌肉層中的光分布。
　　本文中對(duì)相干層析和干涉光譜系統(tǒng)及其光傳輸特性進(jìn)行數(shù)學(xué)分析和模擬研究，所得結(jié)果與