利用混沌激光探测生物仿体中异质物大小和位置的方法技术

本发明专利技术公开了一种利用混沌激光探测生物仿体中异质物大小和位置的方法，首先计算以脂肪乳液为液态仿体的衰减系数和吸收体的衰减系数；通过测得的互相关值和计算得出的脂肪乳液的衰减系数，水的衰减系数，计算出放入吸收体的大小；最高互相关值与最低互相关值之间的夹角即为所求相切角，满足一定关系，通过该关系可以计算出距离；从互相关随角度的变化曲线，得出异质物的初始位置所对应的角度，即θ

A method of detecting the size and position of heteroplasm in biomimetic by chaotic laser

【技术实现步骤摘要】
利用混沌激光探测生物仿体中异质物大小和位置的方法
本专利技术涉及混沌激光
，尤其涉及的是一种利用混沌激光探测生物仿体中异质物大小和位置的方法。
技术介绍
光学检测由于激光技术的发展在过去几十年有了显著的进步，由于其无创性和高灵敏度及独特的分辨能力等优势用以探测人类身体，例如：组织的探测，乳腺癌的检测，大脑功能性的监测。在早期研究学者已经实现通过记录人类组织的连续光强度的改变来描述组织的光学特性。1999年J.J.A.Marota采用32个不同波长的连续光源实现了光散射层析成像，并成功检测生物组织的血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度(A.M.SiegelJ.J.A.MarotaandD.A.BoasDesignandevaluationofacontinuous-wavediffuseopticaltomographysystem.OpticsExpress.4(8):287-298，1999.)，但这种方法不能够测得完整的光学信息，而且容易受到外界环境的干扰。随着超短激光技术的发展，使用超短脉冲作为光源进行光学检测，当脉冲激光进入到组织或者从组织表面发射回来时，脉冲会发生展宽现象，叫做时间点扩展函数，时间点扩展函数包含了组织体丰富的信息，同时通过时间点扩展函数可以知道更多的细节。相比于连续激光，因为对探测器的要求较高，脉冲响应不能很好的与探测器和示波器的带宽相匹配，同时，使用脉冲光源使得实验装置会非常昂贵所以使用脉冲作为光源来进行成像更为复杂。为了实现更高的成像分辨率，学者们使用可调制的伪随机码相关法进行光学检测。r>伪随机序列调制低功率激光开始用于探测异质物，2003年NanGuangChen课题组通过采用伪随机码的声光调制半导体激光器输出伪随机的脉冲序列，并用于散射光层析研究，实现了点扩展函数为0.6ns的分辨率(NanGuangChenandQuingZhuTime-resolveddiffusiveopticalimagingusingpseudo-randombitsequences.OpticsExpress.11(25)；3445-3544,2003.)这种方法可以提高信号测量精确度和探测范围，但是在调制过程中容易受到电子器件的影响，不能改善系统性能。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种利用混沌互相关法对生物仿体中的异质物的大小和位置进行探测的方法。本专利技术的技术方案如下：一种利用混沌激光探测生物仿体中异质物大小和位置的方法，包括以下步骤：步骤1：计算以脂肪乳液为液态仿体的衰减系数和吸收体的衰减系数，选择水作为吸收体，使用与脂肪乳液相同的方法来计算吸收体的衰减系数；当混沌光源通过含有异质物的脂肪乳液时，光的吸收和光的散射会引起光的损耗；光的传播可通过光损耗定律来表示：I＝I0e-αd(1)I0为经过圆杯的强度，I为经过装有脂肪乳液圆杯后的强度，α是衰减系数,d为经过脂肪乳液时通过的路径；经过互相关运算后，得到的互相关满足下式：R12(τ)＝<(y1(t)-<y1(t)>)(y2(t-τ)-<y2(t-τ)>)>(2)y1为没有经过损耗后到达探测器探测信号，y2为参考信号，R12为探测信号和参考信号经过互相关运算后在一定延迟时间下得到的互相关峰值，在等式中，尖括号表示进行了平均计算；当光束通过脂肪乳液时，可得到探测信号y1′，互相关满足下式：R12'(τ)＝<(y1'(t)-<y1'(t)>)(y2(t-τ)-<y2(t-τ)>)>(3)通过转换，可得到下式：使用公式(4)，计算出通过脂肪乳液时的衰减系数α1，通过水的衰减系数α2。当光束通过带有异质物的中心时，平均衰减系数α：α＝-α1+2(α1-α2)r/d(5)当光束通过脂肪乳液时，有两种情况：光束通过异质物，然后通过脂肪乳液，到达探测器,得到的互相关R12”(τ)会随着装置的转动而变化；光束直接通过脂肪乳液到达探测器，得到互相关R12'(τ)；设定直角坐标系，光束沿y轴负方向传播；当光束通过异质物中心时，已知通过脂肪乳液的衰减系数α1，通过水的衰减系数α2，通过公式(4),(5)：可得到下式：步骤2：通过测得的互相关值和计算得出的脂肪乳液的衰减系数α1，水的衰减系数α2，计算出放入吸收体的大小；当装置在转动时，存在特殊点可使半径与异质物距圆杯中心的距离建立关系，当光束通过异质物中心时，由于在水中传播的路径最长，在脂肪乳液的传播路程最短，所以损耗最低，互相关值最高，继续旋转装置，当光束打到小试管边缘时，由于光在玻璃边缘的散射使得互相关值最低，再增加角度时，互相关值增加；当光束通过异质物中心，对透射光信号进行采集，发现在这个位置处会有最大的透射光强度，主要是因为光信号在传播过程中通过水的路径最长，而且水的衰减系数小于脂肪乳液的衰减系数，损耗最小；将计算得出的衰减系数及最高互相关值代入公式(6)中，便可以得到放入圆杯的异质物大小；步骤3:最高互相关值与最低互相关值之间的夹角即为所求相切角，满足通过该式可以计算出距离l；步骤4:从互相关随角度的变化曲线，得出异质物的初始位置所对应的角度，即θ1为从x轴正向(θ＝0°)转到该位置转过的角度；步骤5：异质物的位置坐标为本专利技术提出了利用混沌互相关法对生物仿体中的异质物的大小和位置进行探测的方法，该方法通过得到的透射信号互相关值可以得出异质物在不同位置下的光衰减情况，通过与衰减系数，路径建立联系，可以得到异质物的大小和位置信息。该方法在测量的过程中能够避免噪声的干扰，在一定程度上能够促进生物医学检测的进步。附图说明图1：混沌激光的时序和自相关特征；(a)时序图；(b)自相关曲线；图2：混沌激光产生实验装置；图3：实验探测系统图；图4：待探测目标；图5：光路图；图6：通过不同介质的互相关；图7：互相关值随角度变化曲线；图8：关键点的互相关；具体实施方式以下结合具体实施例，对本专利技术进行详细说明。混沌激光是激光器的一种不稳定输出，混沌激光由于类噪声及随机性强，在时序上和伪随机码相似，如图1(a)，混沌激光的自相关具有类delta函数的特征，如图1(b)，能够解决伪随机码在调制使用中的带宽限制，同时也避免了在调制过程中的噪声干扰。如图2所示，在本实施例中，源(Ⅰ)可以控制混沌激光的产生，一级放大(Ⅱ)可以改变输出激光的功率。半导体激光器(LD-1)由泵浦电源驱动，经过波分复用器(WDM-1)、一定长度的掺镱光纤(YDF)(用于增益介质)、然后经过单模光纤(SMF)、光耦合器1(OC-1)改变输出信号的比率，将输出信号分为10％和90％两路，一路90％通过偏振控制器(PC)、偏振无关隔离器1(ISO-1)可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用混沌激光探测生物仿体中异质物大小和位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1：计算以脂肪乳液为液态仿体的衰减系数和吸收体的衰减系数，选择水作为吸收体，使用与脂肪乳液相同的方法来计算吸收体的衰减系数；当混沌光源通过含有异质物的脂肪乳液时，光的吸收和光的散射会引起光的损耗；光的传播可通过光损耗定律来表示：/nI＝I

【技术特征摘要】
1.一种利用混沌激光探测生物仿体中异质物大小和位置的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：计算以脂肪乳液为液态仿体的衰减系数和吸收体的衰减系数，选择水作为吸收体，使用与脂肪乳液相同的方法来计算吸收体的衰减系数；当混沌光源通过含有异质物的脂肪乳液时，光的吸收和光的散射会引起光的损耗；光的传播可通过光损耗定律来表示：
I＝I0e-αd(1)
I0为经过圆杯的强度，I为经过装有脂肪乳液圆杯后的强度，α是衰减系数,d为经过脂肪乳液时通过的路径；经过互相关运算后，得到的互相关满足下式：
R12(τ)＝<(y1(t)-<y1(t)>)(y2(t-τ)-<y2(t-τ)>)>(2)
y1为没有经过损耗后到达探测器探测信号，y2为参考信号，R12为探测信号和参考信号经过互相关运算后在一定延迟时间下得到的互相关峰值，在等式中，尖括号表示进行了平均计算；当光束通过脂肪乳液时，可得到探测信号y1′，互相关满足下式：
R12'(τ)＝<(y1'(t)-<y1'(t)>)(y2(t-τ)-<y2(t-τ)>)>(3)
通过转换，可得到下式：



使用公式(4)，可计算出通过脂肪乳液时的衰减系数α1，通过水的衰减系数α2；
当光束通过带有异质物的中心时，平均衰减系数α：
α＝-α1+2(α1-α2)r/d(5)
当光束通过脂肪...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玲珍，吕艺辉，冯亚强，李佳，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14