基于P-,3-近似理論的空間分辨漫反射研究.pdf

1、光在生物組織中的傳輸問(wèn)題作為激光生命科學(xué)的基礎(chǔ)在國(guó)際上受到普遍關(guān)注，成為當(dāng)前組織光學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。生物組織是一種復(fù)雜介質(zhì)，這種復(fù)雜性是通過(guò)光在生物組織中傳輸時(shí)的散射相函數(shù)描述的?？紤]相函數(shù)的輻射傳輸理論的高階近似理論-P3近似比漫射近似理論能準(zhǔn)確描述光源附近或強(qiáng)吸收組織的光輻射分布。本論文系統(tǒng)研究了生物組織相函數(shù)及其高階參數(shù)，并對(duì)基于P3近似理論的光源附近組織的光傳輸問(wèn)題進(jìn)行了理論、模擬和實(shí)驗(yàn)研究。主要內(nèi)容如下： 首先以

2、相似關(guān)系為紐帶，將輻射傳輸理論、P3近似和漫射近似聯(lián)系起來(lái)，使整個(gè)理論體系便于全面理解和把握。然后，針對(duì)P3近似考慮的相函數(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)討論，并首次對(duì)相函數(shù)及其參數(shù)的性質(zhì)以及相函數(shù)的選取對(duì)光學(xué)參數(shù)γ測(cè)量的影響進(jìn)行了研究。研究表明，當(dāng)實(shí)際組織的散射性質(zhì)需要用組合相函數(shù)描述時(shí)，如果采用單一相函數(shù)擬合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將給參數(shù)γ的測(cè)量帶來(lái)很大誤差?；谏鲜龇治?，又首次研究了相函數(shù)對(duì)P3近似空間分辨漫反射的影響，得出相函數(shù)不同對(duì)ρ小于1個(gè)mfp’區(qū)域的漫

3、反射率的影響大于相函數(shù)高階矩的影響等。進(jìn)一步，又對(duì)P3近似空間分辨漫反射對(duì)相函數(shù)參數(shù)、有效散射系數(shù)和吸收系數(shù)的靈敏度進(jìn)行了研究，進(jìn)而分析探討了這些光學(xué)參數(shù)對(duì)P3近似空間分辨漫反射的影響，使離光源遠(yuǎn)近不同處的光輻射需要考慮的光學(xué)參數(shù)清晰體現(xiàn)，對(duì)從相應(yīng)距離處測(cè)量的宏觀漫反射光分布探測(cè)組織微觀結(jié)構(gòu)信息具有重要意義。 針對(duì)上述理論工作，采用實(shí)驗(yàn)和模擬方法對(duì)近光源空間分辨漫反射進(jìn)行了研究。采用雙光纖結(jié)構(gòu)的測(cè)量裝置利用“兩點(diǎn)法”對(duì)組織模擬

4、液進(jìn)行漫反射測(cè)量，研究吸收和散射對(duì)近光源空間分辨漫反射的影響。近光源實(shí)驗(yàn)證明了P3近似理論能夠描述光源附近光輻射分布。采用MonteCarlo模擬方法研究了不同各向異性因子的Henyey-Greenstein相函數(shù)對(duì)光源附近組織光輻射分布的影響。模擬結(jié)果表明相函數(shù)影響光源附近1個(gè)輸運(yùn)平均自由程內(nèi)的漫反射光分布，證明了P3近似理論考慮相函數(shù)高階參數(shù)的必要性。 在P3近似理論得到證明后，又對(duì)P3近似的適用范圍及簡(jiǎn)化進(jìn)行了研究探討。

5、從相似關(guān)系出發(fā)，根據(jù)P3近似理論滿(mǎn)足的三階相似關(guān)系，引入特征長(zhǎng)度mfp′"。對(duì)光源附近組織的空間分辨漫反射與mfp′"之間的關(guān)系進(jìn)行研究，得出特征長(zhǎng)度mfp"′限定了P3近似理論的適用區(qū)域要滿(mǎn)足r＞mfp′″。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立描述組織吸收強(qiáng)弱的參量—約化反照率a’與特征長(zhǎng)度mfp′和mfp′"之間的聯(lián)系，從漫射近似理論限定的a說(shuō)明聯(lián)系的物理意義，從而引申得出P3近似理論適用于a’＞0.57的組織對(duì)光粒子吸收的情況。從理論、實(shí)驗(yàn)和M