[发明专利]基于短脉冲激光反射信号峰值反演的生物组织光学特性参数快速测量方法

摘要

基于短脉冲激光反射信号峰值反演的生物组织光学特性参数快速测量方法，属于生物组织光学参数测量技术领域。解决了现有测量生物组织光学参数测量响应时间长的问题。本发明测量样品块表面的时域半球反射信号的峰值改变激光器的脉冲宽度t_p测量方，获得n组半球反射信号峰值设定待测样品的散射反照率ω和待测样品的非对称因子g，通过经验公式获得待定系数a和b；获得的n组半球反射信号峰值的估计值利用时域半球反射信号峰值的估计值与信号峰值的估计值对应的时域半球反射信号作最小二乘差值；判断最小二乘差值是否小于阈值ε，是则完成基于短脉冲激光反射信号峰值反演的生物组织光学特性参数快速测量，否则继续测量。本发明适用于生物组织光学参数测量。

主权项

1.基于短脉冲激光反射信号峰值反演的生物组织光学特性参数快速测量方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：步骤一、将生物组织样品制作成厚度为L的表面平整的样品块，测量样品块表面的时域半球反射信号的峰值具体过程为：首先利用连续激光垂直入射生物组织样品表面，利用单光子计数器测量得到该样品组织的表面反射率R_∞，然后利用脉冲宽度为t_p的高斯脉冲激光器产生的高斯脉冲激光I_c(t)，垂直入射生物组织样品表面，通过单光子计数器测量样品表面的时域半球反射信号，获得样品的时域半球反射信号的峰值所述高斯脉冲激光I_c(t)的最大值功率为I₀；步骤二、在高斯脉冲激光器的无量纲脉冲宽度βct_p大于1的前提下，改变激光器的脉冲宽度t_p按照步骤一的测量方法获得n组半球反射信号峰值所述为第i个脉冲入射生物组织样品表面，获得的半球反射信号峰值,其中，n为大于10的正整数，β为生物组织的衰减系数，i为正整数，i≤n；步骤三、利用逆问题算法设定待测样品的散射反照率ω和待测样品的非对称因子g，通过经验公式获得待定系数a和b；所述经验公式为：当生物组织的折射率n₁=1.00时：a=-14.72+0.5946×g+34.99×ω+0.0191×g²-0.4288×g×ω-19.32×ω²  (1)b=53.81+0.5174×g-120.2×ω-1.132×g²+2.668×g×ω+67.34×ω²    (2)当生物组织的折射率n₁=1.33时：a=-13.89-0.0534×g+33.94×ω-0.0984×g²+0.4295×g×ω-19.19×ω²   (3)b=58.80+0.5278×g-131.1×ω+0.1277×g²+0.0466×g×ω+74.69×ω²   (4)当生物组织的折射率n₁=1.44时：a=-13.59-0.1094×g+33.32×ω-0.1392×g²+0.5661×g×ω-18.91×ω²   (5)b=62.93+0.8867×g-140.2×ω-0.0062×g²4-0.1776×g×ω+79.74×ω²   (6)当生物组织的折射率n₁=1.77时：a=-13.08+0.0489×g+32.13×ω-0.1127×g²+0.3441×g×ω-18.20×ω²   (7)b=70.12+1.9193×g-157.0×ω+0.0896×g²-1.5904×g×ω+89.70×ω²    (8)；步骤四、利用步骤三获得的待定系数a和b，根据玻尔兹曼函数：RmaxestR∞=exp{a[ln(βctp)-b]}1+exp{a[ln(βctp)-b]}---(9)]]>获得步骤二获得的n组半球反射信号峰值所对应的样品表面的时域半球反射信号峰值的估计值式中，β是生物组织样品的衰减系数，c是光在生物组织样品中的传播速度；步骤五、利用步骤四获得的样品表面的时域半球反射信号峰值的估计值与每个信号峰值的估计值对应的时域半球反射信号作最小二乘差值；步骤六、判断步骤五中的最小二乘差值是否小于阈值ε；若是，执行步骤七，否则返回步骤三；步骤七、将步骤三中获得的待测样品的散射反照率ω和待测样品的非对称因子g作为生物组织光学特性参数测量结果，完成生物组织散射反照率和非对称因子的测量。