時(shí)間分辨組織體光學(xué)參數(shù)測(cè)量及擴(kuò)散光學(xué)成像實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、對(duì)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(cè)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(diǎn)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(cè)量方法有連續(xù)光法、頻域法和時(shí)間分辨法。而基于時(shí)間相關(guān)的單光子計(jì)數(shù)技術(shù)(Time-correlated Single Photon

2、Counting，TCSPC)可以在單一源和探測(cè)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(shí)現(xiàn)對(duì)活體組織的無(wú)損傷及實(shí)時(shí)的探測(cè)和成像，特別是在時(shí)間分辨測(cè)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(cè)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(shí)域TCSPC的基礎(chǔ)理論，并在國(guó)內(nèi)外TCSPC系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上，設(shè)計(jì)、搭建和調(diào)試了一套基于TCSPC技術(shù)的測(cè)量系統(tǒng)，用來(lái)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(cè)量系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了一系列的實(shí)驗(yàn)研究工作：首先，設(shè)計(jì)了快速簡(jiǎn)單的系統(tǒng)時(shí)間原點(diǎn)的校正方法。 其次，選用基于時(shí)間擴(kuò)展曲線的平均飛行時(shí)間和方差的特征參數(shù)法進(jìn)行光學(xué)參數(shù)反演，

4、因?yàn)榇怂惴ň哂锌焖俸?jiǎn)單的特點(diǎn)，適用于組織體光學(xué)參數(shù)的活體測(cè)量。 然后，進(jìn)行了一系列的液體、固體模型實(shí)驗(yàn)研究，并應(yīng)用該TCSPC測(cè)量系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)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(guò)大量的模型和人體實(shí)例實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了系統(tǒng)和算法完全能夠承擔(dān)活體測(cè)量組織體光學(xué)參數(shù)任務(wù)。 由于時(shí)間擴(kuò)展曲線的特征參數(shù)(如峰值、光強(qiáng)、平均飛行時(shí)間，方差等)對(duì)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(cè)量系統(tǒng)的光學(xué)直接成像成為