时间分辨反射确定生物组织光学参数的研究.pdf

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1、光电子·激光2004年第15卷·生物医学光子学·**时间分辨反射确定生物组织光学参数的研究**许棠，张春平，王新宇，张连顺，田建国，张光寅（南开大学物理科学学院光子学中心，天津300071）摘要：从半无限大生物组织出发，研究了从总时间分辨反射确定组织光学参数的方法；将总时间分辨反射漫射理论的结果与MonteCarIo模拟的结果进行了比较，零边界条件（ZBC）和外推边界条件（EBC）的漫射方程对MonteCarIo模拟的数据作非线性拟合确定了约化散射系数和吸收系数，对所确定的光学参数误差作了较详细的分析。研究结果表明，两个漫射模型确定吸收系数的

2、误差小于10%，采用EBC的模型拟合约化散射系数其误差与光学参数有关，ZBC则产生较大的误差。关键词：漫反射；吸收系数；约化散射系数；MonteCarIo模拟中图分类号：R318.51文献标识码：A文章编号：1005-0086（2004）01-0108-05StudyofDeterminatingOpticalPropertiesofBiologicalTissuefromRe-solved-timeReflectance**XUTang，ZHANGChun-ping，WANGXin-yu，ZHANGLian-shun，TIANJian-gu

3、o，ZHANGGuang-yin（PhotonicsCenter，InstituteofPhysics，NankaiUniversity，Tianjin300071，China）Abstract：Totaltime-resolvedreflectancecalculatedbasedonthediffusiontheorywithzero-boundaryconduction（ZBC）andextrapolated-boundaryconduction（EBC）insemi-infinitebiologicaltissuearecompare

4、dwithMonteCarlosimulations.ThecorrespondingdiffusioneguationsarefittedtoMonteCarlosimulationsdatafordeterminingtheopticalparametersoftissues.ltisshownthattheerrorsintheabsorptioncoefficientsderivedfromtwothediffusionmodelsaresmallerthan10%，theerrorsinreducescatteringcoeffic

5、ientsderivedfromthediffusionmodelwithEBCrelatetotheopticalparame-tersoftissues，whereas，theerrorsinreducescatteringcoefficientsarelargefordifferentopticalpa-rameterswhenZBCisused.Keywords：diffusionreflectance；absorptioncoefficient；reducescatteringcoefficient；MonteCarlosimula

6、tion的方法。从已报道的各种测量数据来看，所确定的组1引言织光学参数存在明显的差别，因此有必要研究和比较生物组织光学参数无损测量是医学上运用光作不同的理论模型确定组织光学参数的精度。A.H.诊断和治疗的研究热点之一。生物组织表面的时间［6］HieIscher等人对漫射理论应用3个常用边界条件分辨漫反射光含有与组织相关的光学参数的信息，通的时间分辨反射模型与MonteCarIo模拟的结果及实过测量时间分辨漫反射光可以确定组织的光学性［1］验结果行了比较，提出了漫射模型拟合MonteCarIo质。目前已有用时间分辨反射对组织光学参数无［2，4］

7、［5］模拟产生数据确定吸收系数和约化散射系数的方法损测量的方法以及基于漫射理论的近似模型。用漫射模型拟合实验数据是确定组织光学参数常用并给出了拟合结果，但是在拟合中作了漫射模型中相*收稿日期：2003-05-09修订日期：2003-07-14*基金项目：国家自然科学基金资助项目（60078012，60025512）**E-mail：xutang@eyou.com第1期许棠等：时间分辨反射确定生物组织光学参数的研究·109·2乘因子（幅度因子）与光学参数无关近似假设。A.（z0+2zD）［7］］｝（3）KienIe等用时间分辨漫射方程的改进的表

8、达式拟4Dct合MonteCarIo模拟的数据，提高了吸收系数和约化对ZBC，zD=0，代入式（3）可得ZBC下总的时间［8］散射系数拟合的精度。S.L.Jacgu