一种用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统技术方案

本发明专利技术创造提供一种用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统，网络分析仪发出的高频信号进入T型偏置器，在叠加直流驱动信号后，经射频开关驱动激光器输出调制光信号，照射到待测物体，携带待测物体信息的输出光经光纤进入光电检测器，光信号转换成电信号后，返回到网络分析仪中，最终电脑端对数据进行分析和处理，得到物体的光学参数。本发明专利技术创造能够快速实现在高频信号领域测量组织的光学参数，且用辐射方程对得到的信息进行拟合处理，能够快速精确获得待测物体的吸收系数及约化散射系数。

A diffuse photon density wave system for measuring optical parameters of a substance

The invention provides a method for measuring the optical parameters of the material diffusion photon density wave system, a high frequency signal network analyzer into the type T device in DC superposition bias, the drive signal, the RF switch driving laser modulated light signal, exposure to the object to be measured, carry output object information by optical fiber enter the detector, the light signal into the electrical signal after the return to the network analyzer, the ultimate end of computer for data analysis and processing, get the optical parameters of the object. The invention can realize the rapid measurement of tissue optical parameters in high frequency signal field, and radiation equation are fitted to get the information, can quickly and accurately obtain the absorption coefficient and reduced scattering coefficient of the object to be tested.

【技术实现步骤摘要】
一种用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统
本专利技术创造属于物质光学参数获取
，尤其是涉及一种用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统。
技术介绍
组织光学参数测量是生物医学光子学的主要研究内容之一，人体组织光学性质与其生理病理状态密切相关。近年来，利用组织光学特性，特别是吸收与散射特性进行组织成像诊断及无创成分检测成为生物医学光子学领域研究热点，为肿瘤早期诊断、代谢动态监护及光动力治疗等临床应用提供了基础。目前，国内用于光学参数测量的系统多是采用的双积分球技术。该技术采用的是一种离体的间接光学特性参数测量方法，将积分球系统与传输理论结合起来实现的。近红外漫射光子密度波又称为漫射光子密度波，简称光子密度波(DPDW)。近红外光子密度波技术快速、无损伤、廉价、技术简单且非电离，对探测颅内血肿及体内肿瘤的存在位置和大小、脑外伤辨认的预检查和医学普查多很有帮助。2007年天津大学公开了一项技术，即一种近红外漫射光无创早期宫颈癌检测系统。上述的系统应用在宫颈癌的早期检测，应用范围受到限制。使用的高频信号的频率范围是100-200MHZ，频率较低，频带较窄。使用频域外差测量系统以及采用逆蒙特卡洛模拟的方法实现对管状、薄层组织的光学参数重构，势必会增加了系统的难度。除此以外，在进行光学参数测量的同时，对被测组织无损伤、电离程度小有着很重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术创造旨在提出一种用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统，以解决现有技术中存在的高频信号频率范围窄，应用范围受限制等问题。为达到上述目的，本专利技术创造的技术方案是这样实现的：提供一种用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统，包括网络分析仪、直流电流源、T型偏置器、射频开关、激光器和光电检测器，所述网络分析仪和直流电流源分别与T型偏置器相连，T型偏置器与射频开关相连，射频开关与激光器相连，激光器与待测物体相连，待测物体与光电探测器相连，光电探测器与网络分析仪相连；网络分析仪发出的高频信号进入T型偏置器，在叠加直流驱动信号后，经射频开关驱动激光器输出调制光信号，照射到待测物体，携带待测物体信息的输出光经光纤进入光电检测器，最后信息进入网络分析仪。进一步的，所述的高频信号为30KHz-3GHz的高频信号。进一步的，信息回到网络分析仪后，依据激光器设定的两个波长值，经过测量、标准化和归一化后，得到待测物体幅值A(r)和相位θ(r)；用辐射方程进行拟合处理：其中，SAC为交流振幅斜率；r为光电探测器与激光器之间的距离；ω为信号的调制角频率，计算公式为ω＝2πf，f为信号的频率；v为光在多散射介质内的速度，v＝c/n，n为多散射介质折射率，c为光在真空中的传播速度；D为光子散射系数，D＝1/{3[μa+(1-g)μs]}，μa为吸收系数，是光子在被组织吸收之前所走过的平均路径长度的倒数；μs为散射系数，是在两次连续的散射之间光子所走过的平均路径长度的倒数；约化散射系数μ,s＝(1-g)μs，g为平均散射余弦，g＝<cosθ>；为相位部分斜率；由(1)、(2)公式可分别得到SAC和整理(1)和(2)，并带入D＝1/{3[μa+(1-g)μs]}后得到：带入SAC和(3)和(4)联立求解可得吸收系数μa和约化散射系数μ’s。本专利技术创造能够快速实现在高频信号领域测量组织的光学参数，且用辐射方程对得到的信息进行拟合处理，能够快速精确获得待测物体的吸收系数及约化散射系数。附图说明构成本专利技术创造的一部分的附图用来提供对本专利技术创造的进一步理解，本专利技术创造的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术创造，并不构成对本专利技术创造的不当限定。在附图中：图1为本专利技术创造所述的用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统结构连接示意图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。在本专利技术创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本专利技术创造中的具体含义。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术创造。如图1所示，本专利技术创造包括网络分析仪、直流电流源、T型偏置器、射频开关、激光器和光电检测器。网络分析仪和直流电流源分别与T型偏置器相连，T型偏置器与射频开关相连，射频开关与激光器相连，激光器与待测物体相连，待测物体与光电探测器相连，光电探测器与网络分析仪相连。实际使用过程：按照上述连接方式将系统搭建好，准备好待测样品。打开网络分析仪、直流电流源和激光器分别预热15分钟。网络分析仪发出高频信号，高频信号进入T型偏置器，在叠加直流驱动信号后，经射频开关驱动激光器输出调制光信号，照射到待测物体，携带待测物体光学信息的输出光经光纤进入到高速光电检测器，光信号转变成电信号后，信息回到网络分析仪中，PC机通过通用接口总线与网络分析仪连接，将得到的信号数据采用辐射方程拟合模拟的方法，得到待测物体的光学参数，即吸收系数μa及约化散射系数μ’s值。吸收系数表示的是组织体中单位长度上一个光子被吸收的几率。散射系数表示组织体中单位长度上一个光子被散射的几率。约化散射系数表示单位长度上各向同性散射的有效值。当选择的激光器的波长分别是788nm和826nm，选取的高频信号为1GHZ时，由射频开关分别选通两路波长光源进行测量，分别选取201个样本点，经过测量、标准化和归一化后，得到201组待测物体幅值A(r)和相位θ(r)；通过以下公式得到SAC和公式中r为光电探测器与激光器之间的距离。接着带入其中，c为光在真空中的传播速度，约为3×108m/s，ω为信号的调制角频率，计算公式为ω＝2πf，f为信号的频率，由于选取了201个样本点，因此得到201组ω的值。最终可以得到待测样品在788nm处的吸收系数μa为0.016cm-1，约化散射系数μ’s为7.9cm-1。在826nm处的吸收系数μa为0.020cm-1，约化散射系数μ’s为7.6cm-1。即得到了待测样品在788nm与826nm的激光信号中的光学参数。以上所述仅为本专利技术创造的较佳实施例而已，并不用以限制本专利技术创造，凡在本专利技术创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本专利技术创造的保护范围之内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统，其特征在于：包括网络分析仪、直流电流源、T型偏置器、射频开关、激光器和光电检测器，所述网络分析仪和直流电流源分别与T型偏置器相连，T型偏置器与射频开关相连，射频开关与激光器相连，激光器与待测物体相连，待测物体与光电探测器相连，光电探测器与网络分析仪相连；网络分析仪发出的高频信号进入T型偏置器，在叠加直流驱动信号后，经射频开关驱动激光器输出调制光信号，照射到待测物体，携带待测物体信息的输出光经光纤进入光电检测器，最后信息进入网络分析仪。

【技术特征摘要】
1.一种用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统，其特征在于：包括网络分析仪、直流电流源、T型偏置器、射频开关、激光器和光电检测器，所述网络分析仪和直流电流源分别与T型偏置器相连，T型偏置器与射频开关相连，射频开关与激光器相连，激光器与待测物体相连，待测物体与光电探测器相连，光电探测器与网络分析仪相连；网络分析仪发出的高频信号进入T型偏置器，在叠加直流驱动信号后，经射频开关驱动激光器输出调制光信号，照射到待测物体，携带待测物体信息的输出光经光纤进入光电检测器，最后信息进入网络分析仪。2.根据权利要求1所述的用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统，其特征在于：所述的高频信号为30KHz-3GHz的高频信号。3.根据权利要求1或2所述的用于测量物质光学参数的漫射光子密度波系统，其特征在于：信息回到网络分析仪后，依据设定的激光器波长值，经过测量、标准化和归一化后，得到待测物体幅值A(r)和相位θ(r)；接着，用辐射...

【专利技术属性】
技术研发人员：王慧泉，何鑫伟，缪竟鸿，王金海，赵喆，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12