發(fā)布時(shí)間：2020-07-01 01:57

【摘要】：隨著社會(huì)的進(jìn)步和人們生活水平的提高,肥胖或超重人群的比例不斷上升。肥胖常伴多種慢性疾病,嚴(yán)重影響了人們的身體健康和生活質(zhì)量,已成為世界各國面臨的嚴(yán)重公共健康問題。在臨床上,肥胖分成皮下脂肪堆積型和內(nèi)臟脂肪堆積型兩大類。皮下脂肪堆積型的特點(diǎn)是脂肪主要集中分布于皮下組織,而內(nèi)臟脂肪堆積型的特點(diǎn)是脂肪主要存在于腹腔內(nèi)。脂肪厚度是反映身體脂肪含量的重要指標(biāo),可以用于評(píng)價(jià)肥胖程度,指導(dǎo)合理的營養(yǎng)攝入與運(yùn)動(dòng)。盡管可以通過多種途徑測(cè)量脂肪厚度,但是近紅外光測(cè)量法由于操作簡單、方便而被大眾所接受。然而在利用近紅外光進(jìn)行測(cè)量時(shí),探測(cè)器與光源的相對(duì)位置,光束波長等因素會(huì)顯著影響測(cè)量結(jié)果。本文使用蒙特卡洛方法對(duì)光子在生物組織中隨機(jī)行走過程進(jìn)行仿真,通過對(duì)出射光子的分析,確定最佳測(cè)量參數(shù),以提高人體脂肪測(cè)量的準(zhǔn)確度。首先,研究皮下脂肪厚度測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)。建立皮下脂肪-肌肉組織模型,通過蒙特卡洛仿真方法獲得所有光子在組織中的行走路徑。統(tǒng)計(jì)所有從皮下脂肪層上表面出射的光子數(shù),自定義出射光子比OPR;同時(shí),設(shè)定約束條件,Z軸方向最大深度處于0.9 d_(sf)~1.1d_(sf)范圍內(nèi)的光子定義為有效光子,其中d_(sf)表示皮下脂肪層厚度,并自定義有效光子比EPR。研究皮下脂肪厚度d_f=0.1~2.0cm范圍內(nèi)有效光子的出射位置,確定不同皮下脂肪厚度下探測(cè)器與光源的最佳距離。研究結(jié)果顯示:出射光子比隨著脂肪厚度變大逐漸增大,有效光子比隨著脂肪厚度變大逐漸減小。最佳探測(cè)距離與皮下脂肪厚度間的線性回歸方程l=0.7597d_(sf)+0.1133。其次,研究波長對(duì)皮下脂肪厚度測(cè)量的影響。建立表皮-真皮-皮下脂肪-肌肉組織模型,利用波長λ=400~1000nm的入射光進(jìn)行仿真測(cè)量。設(shè)定約束條件,Z軸方向最大深度處于0.9 d_(ssf)~1.1d_(ssf)范圍內(nèi)的光子定義為有效光子,其中d_(ssf)表示(皮膚層厚度+皮下脂肪層厚度),并自定義有效光子比和出射光子比,同時(shí)分析不同波長下測(cè)量皮下脂肪厚度時(shí),探測(cè)器與光源間的最佳距離。研究結(jié)果顯示:出射光子比在波長λ=800~900nm范圍內(nèi)最大,有效光子比比隨著波長變大逐漸增大,波長λ在800~1000nm范圍內(nèi)對(duì)最佳探測(cè)距離沒有影響,最佳探測(cè)波長為1000nm。最后,研究內(nèi)臟脂肪厚度測(cè)量的關(guān)鍵技術(shù)。內(nèi)臟脂肪主要分布在人體腹部,建立腹部皮下脂肪-肌肉組織-內(nèi)臟脂肪-腸道模型,設(shè)定約束條件,Z軸方向最大深度處于0.9 d_(smv)~1.1d_(smv)范圍內(nèi)的光子定義為有效光子,其中d_(smv)表示(皮下脂肪層厚度+肌肉層厚度+內(nèi)臟脂肪厚度),并定義有效光子比。有效光子比隨著內(nèi)臟脂肪厚度變大逐漸減小。研究內(nèi)臟脂肪厚度d_(vf)=0.5~6.0cm范圍內(nèi)有效光子的出射位置,確定了不同內(nèi)臟脂肪厚度下探測(cè)器與光源的最佳距離,建立了最佳探測(cè)距離與內(nèi)臟脂肪厚度間的數(shù)學(xué)模型。提出了基于人體尺寸和全身皮下脂肪厚度測(cè)量人體內(nèi)臟脂肪含量的方法。本研究為無創(chuàng)測(cè)量脂肪厚度時(shí),確定入射光波長、光源與探測(cè)器位置等問題提供了解決思路,為后續(xù)儀器開發(fā)和人體實(shí)驗(yàn)提供了理論依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH776
【圖文】：

圖 2-1 脂肪組織的細(xì)胞結(jié)構(gòu)[35]Figure 2-1 Cell structure of adipose tissue：肌肉層是連接皮下脂肪與骨骼的組織，肌肉組織與脂大特點(diǎn)[36]：一是排列規(guī)整，呈纖維狀。二是肌肉組織中含細(xì)血管中有大量的血紅蛋白、肌紅蛋白、黑色素等等，這強(qiáng)的吸收作用，因此肌肉組織的吸收系數(shù)比脂肪組織heong 等研究表明[37]，雖然肌肉組織中也存在著散射，但值較大，前向散射趨勢(shì)更為明顯。：腹膜位于人體腹腔中，是一層粘膜結(jié)構(gòu)，包括大網(wǎng)膜要由細(xì)胞、結(jié)締組織、毛細(xì)血管和淋巴管構(gòu)成。主要生理擦，保護(hù)內(nèi)臟的作用。采用反向倍增法和反演蒙特卡洛的散射和吸收系數(shù)。體組織中傳播的理論基礎(chǔ)

散射系數(shù)μs是指組織體中每單位距離上一個(gè)光子被散射的概率。（散射作用使得光子偏離原先傳播方向，生物組織往往都是強(qiáng)散射組織。）（單位：mm-1或者 cm-1）3）衰減系數(shù)μt（消光系數(shù)）衰減系數(shù)μt定義為吸收系數(shù)與散射系數(shù)之和（μt= μa+ μs），表示光在生物組織中的衰減程度。（單位：mm-1或者 cm-1）4）平均散射余弦 g當(dāng)光子與粒子發(fā)生碰撞時(shí)，光子向四周散射的幾率，即為各向異性因子 g，如公式(2-1)所示：( )cos cos=<cos( ) cosP dgP d （2-1）g = 1 表示完全前向散射，g = -1 表示完全后向散射，當(dāng) g = 0 時(shí)，表示各向同性散射，如圖 2-2 所示。研究發(fā)現(xiàn)，人體組織的 g 通常在 0.68 到 0.96 之間[38]，前向散射較明顯。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 劉妍;楊雪;趙靜;李剛;林凌;;基于漫反射光譜法下層組織信息的最佳探測(cè)位置的研究（英文）[J];光譜學(xué)與光譜分析;2016年10期

2 劉春龍;張志杰;余瑾;朱毅;;康復(fù)超聲成像技術(shù)測(cè)量健康青年腹部肌肉厚度及其信度研究[J];中國康復(fù)醫(yī)學(xué)雜志;2014年02期

3 林凌;張林娜;李曉霞;李剛;王為;劉瑞安;;基于檢測(cè)光纖的漫射高光譜采集的Monte Carlo仿真[J];光譜學(xué)與光譜分析;2014年01期

4 王安樂;李婷;鄧勇;謝添武;劉謙;駱清銘;;基于MCVM研究真實(shí)前臂結(jié)構(gòu)對(duì)光傳輸?shù)挠绊慬J];光學(xué)學(xué)報(bào);2011年03期

5 李忠明;劉曉花;;皮膚組織光學(xué)參數(shù)的變化對(duì)漫反射率、吸收比和光能流率的影響[J];咸寧學(xué)院學(xué)報(bào);2010年12期

6 王小玲;佟海濱;方繼良;魏軍平;張民;王慧榮;李敏;董柳;周麗波;仝小林;;CT測(cè)量的精確體脂參數(shù)和簡易體脂參數(shù)的相關(guān)性研究[J];中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志;2010年21期

7 李浙成;胡智星;童躍峰;梅起化;徐永遠(yuǎn);黃金蓮;吳青;應(yīng)顯星;胡江飚;;超聲測(cè)量的內(nèi)臟脂肪厚度和代謝綜合征的關(guān)系[J];中華高血壓雜志;2006年11期

8 魏華江;巫國勇;何博華;魯建軍;張薇;許靜芬;;采用不同的光傳輸模型比較研究結(jié)腸的散射和吸收特性:離體結(jié)腸腫瘤的光學(xué)診斷(英文)[J];激光生物學(xué)報(bào);2006年05期

9 陳榮;黃寶華;王月云;曾海山;謝樹森;;皮膚的光學(xué)模型[J];激光生物學(xué)報(bào);2005年06期

10 林凌,諶雅琴,李剛,劉銘,王小林;近紅外光譜肌肉組織血氧定量監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究——模型實(shí)驗(yàn)與蒙特卡羅仿真研究[J];中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào);2004年05期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 林林;生物組織光學(xué)斷層成像與光學(xué)參數(shù)提取方法研究[D];暨南大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前3條

1 王玉;皮下脂肪厚度測(cè)量儀的改進(jìn)及實(shí)驗(yàn)研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2014年

2 任曉楠;生物組織中光能量傳輸與分布的蒙特卡羅研究[D];山東大學(xué);2009年

3 盧延輝;紅外法人體皮下脂肪厚度測(cè)量的研究[D];天津大學(xué);2004年

本文編號(hào)：2736132