皮肤的漫反射光谱中包含丰富的组织信息,已被广泛应用于生理参数的检测,但由于人体生理参数变化复杂、多种情况下光学数据采集困难等因素,其在无创外周血液生理参数检测技术的发展及应用中受到了限制。鉴于此,使用蒙特卡罗模拟方法仿真了不同总血红蛋白、含氧血红蛋白、脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白等多种外周血液成分浓度对皮肤的漫反射光谱及肤色的影响,提出了基于色谱融合的发绀成因分析方法。结果表明,皮肤的颜色特征可区分健康、黄疸病以及发绀,而分析方法解决了仅使用肤色很难对发绀现象的成因进行准确区分的难题。

应用光谱方法测量生物组织成分时, 信号的拾取一般有两种方法: 透射法和反射法。 其中, 根据光纤测头与生物组织接触与否, 反射法分为接触和非接触两种形式。 接触测量时, 只有携带了组织信息的深层反射光进入测头, 但接触测量中压力、 温度等变化会导致测量条件的变化, 进而影响光谱数据的稳定性; 非接触测量时, 虽然克服了接触压力、 测头温度等对测量的干扰, 却会导致不携带光与组织相互作用信息的表面反射光进入测头, 由于表面反射光强度高且集中, 将会影响检测器的动态范围。 因此非接触测量的最大问题是如何有效地消除生物组织表面反射光的影响。 针对非接触测量中生物组织表面反射光的消除方法进行了系统研究, 对课题组之前提出的正交偏振法进行了理论和实验分析。 首先, 以不同被测物为对象, 研究了表面反射光的偏振态, 结果表明表面反射光的偏振度与表面粗糙度密切相关, 表面粗糙程度越小, 偏振度越高, 由此推断出, 经表面光滑的Intralipid溶液反射后的表面反射光具有保偏特性; 然后, 以Intralipid-20%溶液为被测对象, 对正交偏振法消除表面反射光的效果进行了研究, 实验结果显示正交偏振法可以消除97%以上的表面反射光; 最后, 比较分析单波长下不同源探距离处的接触和非接触式光谱测量曲线, 二者高度重合, 这一现象进一步说明了正交偏振法消除表面反射光的有效性。 该研究通过评价正交偏振法消除组织表面反射光的能力, 旨在消除接触式漫反射光谱检测中测量条件变化对测量的影响, 以期推动近红外无创光谱检测技术的进一步发展。

由于人体组织结构的复杂性和个体差异性, 采用光谱分析技术实现组织内部信息的检测方法中, 仍存在着检测位置不明确的问题。 采用多位置空间分辨漫反射光谱法对脂肪肌肉组织中内部信息的最佳探测位置进行了研究。 由于目标组织为肌肉组织, 为了消除由于不同人体皮下脂肪层厚度的差异以及目标层中多次后向散射光对测量结果引起的较大误差, 并根据光在复杂生物组织中的传输模型, 通过增加约束条件——两条理想的“香蕉型”路径—来定义有效光子比SNR, 并以SNR作为评价最佳探测位置SDSbest的标准, 对优化后的Monte Carlo仿真结果进行统计分析, 分别研究了脂肪层厚度hf、 脂肪层吸收系数μaf和肌肉层吸收系数μam与光源探测器间距SDS之间的关系, 并以hf为自变量与SDSbest建立线性回归模型。 研究表明, (1)当0脂肪肌肉组织 内部组织信息 最佳检测位置 空间漫反射光谱 Monte Carlo模拟 Fat-muscle tissue Inner information of tissue Best Source-detector Distance Spatially diffuse reflectance spectra Monte Carlo simulation 

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光谱学与光谱分析

2016, 36(10): 3434