[发明专利]快速多波长组织光学参数测量装置及反构方法

说明书

技术领域

本发明属于组织光学研究中的光学参数测量领域，具体涉及一种多波长离体组织光学参数检测方法。

背景技术

随着社会的进步，人类对自身的健康越来越重视，和健康有关的检测手段以及早期诊断和诊治的方法也逐渐为人们所重视。光学相关的检测和诊疗手段，具备高分辨率、多参数和高时空分辨等优点，在医疗诊断方面又具有微创甚至无创、无电离的优点。因此，光学相关方法在医学诊断和治疗中的有广泛的应用前景。

生物医学光子学是关于光在生物、医学领域中应用的学科。从伦琴发现X射线开始，光学便不断的应用在疾病诊断方面，随着光学技术的不断发展，也为生物学、医学提供了新的手段。20世纪80年代，人们开始尝试利用光学相关技术对人体进行无创和微创检测诊断。发达国家也对生物医学光子学的研究给予了高度的重视并不断地加大科研投入。美国NIH召开的研讨会认为生物医学光子学的方法可用于癌症和其他疾病的早期检测、诊断和治疗。新一代的在体光学成像技术也正从实验室转向癌症临床应用。每年召开的欧洲生物医学光子学会议以及国际权威刊物上论文的发表，也证明光子学技术正在发挥至关重要的作用。

组织光学是生物医学光子学中研究光在生物组织体中的传播特点和规律的学科，是医学光子技术的基础理论，以光在生物组织体中的运动学(如光的传播)问题和动力学(如光的探测)问题作为主要研究问题。组织体从分子水平上讲，构成成分中最重要的化学分子是生物大分子(蛋白质、核酸、糖类、脂类)、水、维生素以及微量元素。组织体内的吸收物质，在紫外到红外光波段主要为水、血液中的血红蛋白、血糖、皮肤中的色素、肌肉中的肌球素、脂类以及各个细胞中都存在的细胞色素^[1]。而组织中所含有的大分子物质，例如蛋白质，脂肪，线粒体等对光子则具有强烈的散射作用。当人体内的组织结构以及各种成分的量发生变化时，便会引起组织体内的光学特性发生变化。即当人体内发生一定的生理和病理变化时，会相应的引起光在组织体内传播路径的变化。譬如，当组织体发生癌变时，癌变组织部分的血流量会增大，相应的变化会引起吸收系数的增大，所以吸收系数的变化作为癌症早期诊断的依据。因此，光在组织体内传播过程及路径与组织体的生理、病理状态的密切联系，成为人们研究关注的重点。

组织光学参数，是一系列用来描述光在组织体内传播状况的物理量。通过对组织体内各光学特性参数的测定，便可以间接的得到组织体内相应的生理、病理信息。因此组织体的光学参数对于光动力学检测以及临床诊断和疾病的检测和早期诊断具有重要的意义。组织体与光的相互作用的几种表现型式与现象主要包括：吸收，散射，反射，折射，发光，光化学，光声等。相对应的引出了组织体的光学参数，主要包括：

1)散射系数μ_s：用来描述单位程长上一个光子被散射的概率。散射系数是波长的函数，主要用来反映组织体对光的散射程度的大小。

μs=dII/dx]]>

式中dx——单位路径

dI——单位路径内光子因被散射而损失的光能量

I——散射事件发生前光子的能量。

光在组织体中的散射主要是由生物组织中微小结构(如细胞核和胶原纤维)边缘的折射率不同造成的。当生物组织发生病理变化时，便随着组织性质的和形体发生变化。例如，当组织癌变时，细胞核的大小和上皮层的厚度都会增加，作为散射体的细胞数量增加，从而使得正常组织和癌变组织的光散射特性不同。

2)吸收系数μ_a：用来描述单位程长上一个光子被吸收的概率。

μa=dII/dx]]>

式中dx——单位路径

dI——单位路径内光子因被吸收而损失的光能量

I——吸收事件发生前光子的能量