本文關鍵詞：生物組織光分布的數(shù)值模擬及測量研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：近年來生物醫(yī)學光子學研究發(fā)展迅速,光與生物組織間的相互作用及分布規(guī)律成為熱點研究內容。考慮到組織結構的多樣性和生理狀態(tài)的復雜性,準確地描述出光傳輸規(guī)律十分困難,這需要獲取完備的光學特性參數(shù)以建立組織模型。同時組織的生理、病理狀態(tài)和光學參數(shù)密切相關,因此光學參數(shù)的測量是生物醫(yī)學光子學的研究重點,在臨床光診斷和光治療中具有重大的理論和實際意義。蒙特卡羅算法常用來考察粒子的追蹤問題,它的精度極高,常常作為理論模型的非實驗性檢驗標準。本文采用蒙特卡羅算法探究光子在組織內的傳播規(guī)律,其基本思想是模擬光子與介質粒子的相互作用,并通過若干次獨立重復實驗來統(tǒng)計每個光子的運動軌跡,進而得到宏觀的光傳輸情況。首先本文論述了光在生物組織中的傳播規(guī)律,從光子傳輸理論和漫射近似理論出發(fā),給出了三種不同的近似邊界條件,得到了穩(wěn)態(tài)情況下的光分布理論模型;以蒙特卡羅算法作為標準結果,對理論模型的精度和適用范圍進行了驗證。然后本文對生物組織光傳輸?shù)拿商乜_算法進行研究。根據(jù)現(xiàn)有的穩(wěn)態(tài)蒙特卡羅算法,建立了多層生物組織模型,用卷積方法分析了光束半徑對光分布的影響;對現(xiàn)有算法進行了優(yōu)化與改進,得到了時域蒙特卡羅算法,實現(xiàn)了漫反射率光譜的記錄,并依據(jù)漫射近似理論驗證了算法的準確性;在不同探測位置下,分別考察了吸收系數(shù)、散射系數(shù)、各向異性因子和相對折射率對仿真結果的影響。最后本文對組織光學參數(shù)進行實驗測量。分別搭建了空間分辨和時間分辨的光學參數(shù)檢測平臺,并詳細給出了實驗原理、設備型號以及相關參數(shù);以組織樣品塊為研究對象,測量了樣品的漫反射率信號,并利用Matlab Cfool工具箱和編寫的擬合程序對實驗數(shù)據(jù)曲線進行光學參數(shù)反演;同時本文對擬合理論模型的選取和擬合范圍的確定進行了深入討論,有效地提高了測量精度,并與樣品塊的標準值進行了對比和分析。
【關鍵詞】：生物組織 蒙特卡羅 漫射近似法 光學參數(shù)測量
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：R318
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-17
• 1.1 課題背景10-11
• 1.2 國內外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 研究概述11-12
• 1.2.2 光傳輸理論研究現(xiàn)狀12-13
• 1.2.3 蒙特卡羅算法研究現(xiàn)狀13-14
• 1.2.4 組織光學參數(shù)測量技術研究現(xiàn)狀14-16
• 1.3 課題主要研究內容16-17
• 第2章 光在生物組織中的傳輸特性17-37
• 2.1 生物組織的光學性質17-23
• 2.1.1 吸收作用17-18
• 2.1.2 散射作用18-19
• 2.1.3 生物組織光學特性參數(shù)19-23
• 2.2 輻射傳輸理論23-25
• 2.2.1 理論概述23-24
• 2.2.2 輻射傳輸方程24-25
• 2.3 漫射近似方程的推導與化簡25-29
• 2.3.1 輻射傳輸方程的簡化25-27
• 2.3.2 漫射近似方程的邊界條件27-29
• 2.4 基于漫射近似理論的穩(wěn)態(tài)光傳輸模型精度驗證29-36
• 2.4.1 理論模型建立29-32
• 2.4.2 理論模型驗證32-36
• 2.5 本章小結36-37
• 第3章 基于蒙特卡羅算法的光傳輸特性模擬研究37-60
• 3.1 蒙特卡羅算法37-43
• 3.1.1 算法簡介37-38
• 3.1.2 坐標系系統(tǒng)38-39
• 3.1.3 概率隨機抽樣39-40
• 3.1.4 光子傳輸過程40-43
• 3.2 穩(wěn)態(tài)蒙特卡羅算法43-52
• 3.2.1 穩(wěn)態(tài)算法的光子數(shù)討論43-45
• 3.2.2 光束寬度的影響45-50
• 3.2.3 多層生物組織的光傳輸50-52
• 3.3 時域蒙特卡羅算法52-59
• 3.3.1 時域算法的光子數(shù)討論53-54
• 3.3.2 時域算法驗證54-56
• 3.3.3 光學參數(shù)對時域漫反射光譜的影響56-59
• 3.4 本章小結59-60
• 第4章 生物組織光學參數(shù)測量的實驗研究60-78
• 4.1 空間分辨測量研究60-64
• 4.1.1 實驗系統(tǒng)設計60-61
• 4.1.2 設備介紹61-64
• 4.2 空間分辨測量的光學參數(shù)反演64-68
• 4.2.1 理論模型選取64-66
• 4.2.2 數(shù)據(jù)擬合原理66-67
• 4.2.3 擬合范圍確定67-68
• 4.3 時間分辨測量研究68-74
• 4.3.1 單光子計數(shù)器原理69-70
• 4.3.2 實驗系統(tǒng)設計70-73
• 4.3.3 時間零點校正73-74
• 4.4 時間分辨測量的光學參數(shù)反演74-77
• 4.4.1 理論模型選取74-75
• 4.4.2 擬合起始時間討論75-77
• 4.5 本章小結77-78
• 結論78-80
• 參考文獻80-85
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文及其它成果85-87
• 致謝87-88
• 個人簡介88

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本文編號：464656