温州医科大学眼视光学院(生物医学工程学院)，浙江 温州 325035
针对目前临床上尚缺乏有效可行的烧伤程度精准诊断的难题，本课题组研究了基于空间频域成像的烧伤程度无创定量评估方法。本课题组通过基于单次快照多频解调方法的空间频域成像技术，实时、大面积、高分辨地反演出了与烧伤组织结构、生理特性紧密相关的光学参数(吸收系数与约化散射系数)，并结合系统聚类方法与多参数降维分析，提高了烧伤程度分类的准确性，缩短了分类时间。鼠烧伤模型的实验结果表明：动态监测光学参数的变化趋势可以显著区分出三种不同的烧伤程度，系统聚类分析缩短了分类时间，基于主因子的多参数降维分析表现出了更强的抗干扰性。本文方法为临床烧伤的早期诊断提供了一种极具潜力的实现途径。
医用光学 医学生物成像 空间频域成像 烧伤程度评估 组织光学参数 中国激光
2022, 49(24): 2407205
上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室，上海 200240
生物组织的吸收系数和散射系数与组织的生理状态相关，是检测人体健康状态的重要指标。当前双层生物组织模型的光学参数反演方案中，吸收系数和散射系数的预测精度受到上层组织厚度等参数的影响较大，限制了模型的实际应用范围。为此，提出一种对上层组织厚度等参数不敏感的吸收和散射系数反演方法。通过采集漫反射光信号的空间和时间分布信息，并利用卷积神经网络来反演双层生物组织的吸收系数和散射系数，在随机的上层组织厚度和折射率等参量下实现较高的吸收系数和散射系数反演精度。在仿真实验中，基于改进的蒙特卡罗模拟获得双层皮肤模型在不同空间探测位置处、不同时刻的漫反射光强信息，然后利用卷积神经网络实现对两层皮肤组织吸收系数和散射系数的预测。结果表明：在固定的上层组织厚度和折射率参数下，吸收系数和散射系数反演的平均相对误差均小于4%；而当上层组织厚度和折射率存在随机变化时，吸收系数和散射系数的平均相对误差仍小于8%。相较其他方法，所提的测量方案和反演算法进一步提升了反演精度和扩展了实际应用场景，为生物组织光学参数的无创测量提供了新思路。
激光与光电子学进展
2022, 59(6): 0617018
1 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
2 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
在体组织光学参数测量是生物医学光子学研究重点, 不仅为人体成分无创检测、 光学成像、 光动力疗法等研究提供基础, 并且可以快速获取人体光学参数变化, 为临床诊断提供依据。 研究了利用单一源探距离漫反射光谱在体测量光学参数的测量系统与反构方法。 漫反射光谱测量系统由宽谱光源、 高分辨光纤光谱仪及光纤探头组成, 结构简单, 测量方便, 可准确快速测量样品漫反射光谱。 在光纤探头几何形状基础上, 研究了光纤收集及系统传递函数, 在此基础上对反构算法进行了校正。 光学参数反构算法中正向模型基于Monte Carlo以及神经网络方法, 适用光学参数范围大, 计算速度快； 逆向算法采用主成分分析与非线性建模拟合相结合的方法, 可抑制测量噪声影响。 在测量系统及反构算法基础上, 进行了组织仿体光学参数测量实验, 结果表明, 利用单一源探距离下漫反射谱, 可以较为准确获取吸收系数以及约化散射系数, 均方根误差分别达到4.58%以及7.92%。 为保证系统测量准确性, 测量波长范围应覆盖样品中所含吸收物质吸收峰范围。 所研究的在体组织光学参数测量方法为人体成分无创检测及测量条件变化获取提供了基础。
组织光学参数 漫反射光谱 光纤探头 单一源探距离 主成分分析 Tissue optical properties Diffuse reflectance spectrum Fiber optics Single source-detector Principal component analysis 光谱学与光谱分析
2016, 36(5): 1532
1 天津大学精密仪器与光电子工程学院, 天津 300072
2 天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津 300072
组织光学参数测量是生物医学光子学的主要研究内容之一, 人体组织光学性质与其生理病理状态密切相关。 近年来, 利用组织光学特性, 特别是吸收与散射特性进行组织成像诊断及无创成分检测成为生物医学光子学领域研究热点, 为肿瘤早期诊断、 代谢动态监护及光动力治疗等临床应用提供了基础。 双积分球方法能够同时测量离体组织吸收系数、 散射系数等, 具有测量准确、 快速, 适用范围大等优点, 作为光学参数测量的标准方法得到广泛研究与应用。 利用双积分球及超连续激光器搭建了宽光谱的组织光学参数测量系统, 分析了积分球测量传递函数与误差来源及系统最佳测量条件, 建立了基于BP-MCML的系统校正正向模型与L-M算法的光学参数反构算法。 在此基础上, 测量了1 100～1 400 nm连续宽谱范围内Intralipid溶液光学参数, 实验结果表明改进后反构算法测量结果比较准确, 多次测量标准偏差在3%以内, 不同波长下约化散射系数及吸收系数测量结果与其他研究小组得到的测量结果对比, 偏差小于3.4%。
双积分球 组织光学参数 参数校正 多波长 Double-integrating-spheres Tissue optical parameters Parameter correction Multi-wavelength
福建师范大学激光研究所,医学光电科学与技术教育部重点实验室,福州市,350007
目的建立白癜风皮肤的光学模型,为白癜风皮肤的基础或临床研究提供理论分析与指导.方法基于白癜风皮肤的组织结构与病理学分析,确定白癜风皮肤的组织光学参数.结果得到白癜风皮肤中黑色素的分布情况,建立了白癜风皮肤的光学模型.结论所建立的光学模型可应用于白癜风皮肤的组织光学特性的研究.
白癜风 皮肤 组织光学参数 光学模型
1 医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建师范大学激光研究所,中国福建,福州,350007
2 加拿大BC癌研究中心,加拿大,温哥华,V5ZIL3
基于人体皮肤的组织结构,光在皮肤组织中的传输特性以及皮肤各层的组织光学参数,建立了正常皮肤的光学模型,介绍了该模型中的组织光学参数的确定方法.本文建立的皮肤组织光学模型及其方法,可应用于皮肤光学基础与临床的其它研究中.
皮肤 组织光学参数 光学模型 skin tissue optical parameter optical model
