一种近红外漫射光频域信息获取方法技术

本发明专利技术属于组织光学研究中的光学参数测量领域，涉及一种近红外漫射光频域信息获取方法，包括下列步骤：首先建立一个双距离探测频域系统；利用频域蒙特卡洛模拟方法，计算系统频域相位延迟参数Φｃａｌ：令受检体为标准体，改变探测条件，得到四个标准体的输出相位；令受检体为未知组织体，与步骤（３）的探测过程相同，得到四对未知组织体的输出幅度和输出相位；计算未知组织体在频域中的幅值信息；计算未知组织体在频域中的相位信息。本发明专利技术的获取近红外漫射光频域信息方法，能够消除系统固有幅度衰减、固有相位延迟和测试操作过程方法等因素影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于组织光学中的光学参数测量领域，具体涉及一种用于组织光学研究的 近红外漫射光频域信息获取方法。
技术介绍
频域技术⑴是近红外漫射光检测技术之一，因其具有可测信息丰度大、测量精度 较高、设备价格较低的优点而获得研究者的广泛关注。所谓近红外漫射光检测技术，即利用 特定波长(600-900nm)的光照射组织体，检测到达组织体表以下数厘米后出射光的分布情 况，并根据检测结果重构出被检组织的光学特性参数(吸收系数μ a，约化散射系数μ ‘ s)， 从而达到组织病变的分级以及监测癌变组织对治疗的反应的目的；一般而言，癌变组织的 吸收系数μ a比正常组织高，约化散射系数μ ‘ s比正常组织低。组织体吸收系数和约化 散射系数的变化表现为，同样的入射光源情况下出射光的状态不同(频域技术中表现为测 得的幅度衰减和相位延迟不同)。在频域技术中，先利用频域检测系统测得光强被高频信号 调制的入射光源经过待测组织体后的交流幅度衰减AC和相位延迟Φ，再利用AC和Φ重构 出组织体的光学参数即吸收参数μa及漫反射参数μ ’ s，最后根据43和μ ‘ 3达到确诊 所测组织体的生理病理状态的目的。由此可见，对组织性质的如实诊断和分辨最终归结到 幅度AC和相位Φ的精确测量，其过程需要有效的系统校正方法的保证。近红外漫射光频域检测系统校正的目的是消除由测量系统中固有的光路元器件、 电路元器件、测量操作过程等因素产生的幅度衰减和相位延迟，得到仅由被检组织体引起 的幅度和相位变化。通常采用直接绝对校正法⑵、空探测参考路校正法(3’4)以及光学参数 已知的标准体校正法(5)，其中空探测参考路校正法包含直接绝对校正法的思想。直接绝对 校正法系统配置简单；空探测参考路校正法可以有效降低由光源引起的系统漂移和高频电 路噪声，但无法消除参考通道和测量通道之间相位和幅度的串扰，并且对参考路和测试路 的测量对称性要求较高，理论上要求参考路探测器和测量路探测器性能完全一致；光学参 数已知的标准体校正法要求在进行标准体和未知组织体测量时入射光源功率相同，因此实 际选择标准体时需使标准体的光学参数与被测组织相近，以保证在相同的输入光功率下标 准体测量和未知组织体测量的数据结果均能获得足够的信噪比，还要求标准体的几何结构 与待测组织体一致以降低测试操作过程对数据结果的影响。对于组织体漫反射光的测量， 上述三种方法都无法有效克服测量过程中光纤与被测组织之间耦合因素的影响。参考文献(1)Sergio Fantini, Beniamino Barbieri, Maria Angela Franceschini,Enrico Gratton, Frequency-domainspectroscopy, Applications of Optical Engineering to the Study of Cellular Pathology, Vol. 1,p.57-66,1997.(2)Elizabeth M. C. HilIman, Jeremy C. Hebden, Florian E. W. Schmidt, Simon R. Arridge,Martin Schweiger,Hamid Dehghani,David T. Delpy,Calibration techniques and datatype extraction for time-resolvedoptical tomography, Rev. Sci. Instrum.Vol. 71(9), p. 3415-3427，2000.(3) Ilkka Nissila “ , I Kalle Kotilahti, Kim Fallstro “ m, Toivo Katila, Instrumentation for the accurate measurement of phase and amplitude in optical tomography, Rev. Sci. Instrum. Vol. 73(9), p. 3306-3312, 2002.(4)Joshua B. Fishkin, Peter T. C.So, Albert E. Cerussi, Sergio Fantini, Maria Angela Franceschini, Enrico Gratton,Frequency-domain method for measuring spectral properties in multiple-scattering media :methemoglobin absorption spectrum in a tissuelike phantom, APPLIED OPTICS, Vol. 34(7),p.1143-1155,1995.(5)Sonja Spichtig, ReneHornung, Derek W. Brown, Daniel Haensse, Martin Wolf,Multifrequency frequency-domain spectrometer for tissue analysis,Rev. Sci. Instrum. Vol. 80 (024301)，2009.
技术实现思路
本专利技术的目的是，克服现有技术的上述不足，提出一种近红外漫射光频域信息获 取方法，该方法采用一种标准体-双频率-双距离校正方法，能够消除系统固有幅度衰减、 固有相位延迟和测试操作过程方法等因素影响，这里的“双频率”中频率表示光源调制频 率，“双距离”在距离表示入射光点与探测点之间的距离。本专利技术采用如下的技术方案，包括下列步骤(1)首先建立一个双距离探测频域系统，在该系统中，光源为在频率可调的近红外 光源，用于为系统提供入射到被检组织的光源，光源发出的光分成两束，分别被导入到受检 体的两个不同位置，被受检体在探测点处的漫反射光由探测器检测出，设两束光入射到受 检体的两个不同位置距离探测点的距离分别为探测距离Cl1和探测距离d2，设系统的输入幅 度为ACin，初始相位为Φ η，输出幅度为AC。ut，输出相位为Φ。Λ ；(2)利用频域蒙特卡洛模拟得到光学参数已知的标准体在光源调制频率为、探 测距离为Ci1时的理论相位(Difw(Z1W1)以及探测距离为d2时的理论相位(Difw(Z^2)；利用 频域蒙特卡洛模拟得到光学参数已知的标准体在光源调制频率为f2、探测距离为Cl1时的理 论相位以及探测距离为d2时的理论相位φ ^#(/2,式)，并根据下列公式计算系 统频域相位延迟参数ΦΜ1 Ocal =.-’(3)令受检体为标准体，分别探测光源调制频率为f\、探测距离为Cl1时标准体的输 出相位Ofift(Z1W1)，光源调制频率为、探测距离为d2时标准体的输出相位(Dfift(Z1W2)， 探测光源调制频率为f2、探测距离为Cl1时标准体的输出相位Φ，#(/2Λ)和探测光源调制频 率为f2、探测距离为d2时的标准体输出相位Φ，#(/2 (4)令受检体为未知组织体，分别探测光源调制频率为&、探测距离为Cl1时的输出 幅度ACjfpdi)，光源调制频率为&、探测距离为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种近红外漫射光频域信息获取方法，包括下列步骤：（１）首先建立一个双距离探测频域系统，在该系统中，光源为在频率可调的近红外光源，用于为系统提供入射到被检组织的光源，光源发出的光分成两束，分别被导入到受检体的两个不同位置，被受检体在探测点处的漫反射光由探测器检测出，设两束光入射到受检体的两个不同位置距离探测点的距离分别为探测距离ｄ↓［１］和探测距离ｄ↓［２］，设系统的输入幅度为ＡＣ↓［ｉｎ］，初始相位为Φ↓［ｉｎ］，输出幅度为ＡＣ↓［ｏｕｔ］，输出相位为Φ↓［ｏｕｔ］；（２）利用频域蒙特卡洛模拟得到光学参数已知的标准体在光源调制频率为ｆ↓［１］、探测距离为ｄ↓［１］时的理论相位Φ↓［ｔｈ］↑［标准体］（ｆ↓［１］，ｄ↓［１］）以及探测距离为ｄ↓［２］时的理论相位Φ↓［ｔｈ］↑［标准体］（ｆ↓［１］，ｄ↓［２］）；利用频域蒙特卡洛模拟得到光学参数已知的标准体在光源调制频率为ｆ↓［２］、探测距离为ｄ↓［１］时的理论相位Φ↓［ｔｈ］↑［标准体］（ｆ↓［２］，ｄ↓［１］）以及探测距离为ｄ↓［２］时的理论相位Φ↓［ｔｈ］↑［标准体］（ｆ↓［２］，ｄ↓［２］），并根据下列公式计算系统频域相位延迟参数Φ↓［ｃａｌ］：Φ↓［ｃａｌ］＝［Φ↓［ｔｈ］↑［标准体］（ｆ↓［２］，ｄ↓［１］）＋Φ↓［ｔｈ］↑［标准体］（ｆ↓［１］，ｄ↓［２］）－Φ↓［ｔｈ］↑［标准体］（ｆ↓［２］，ｄ↓［２］）－Φ↓［ｔｈ］↑［标准体］（ｆ↓［１］，ｄ↓［１］）］－［Φ↓［ｏｕｔ］↑［标准体］（ｆ↓［２］，ｄ↓［２］）＋Φ↓［ｏｕｔ］↑［标准体］（ｆ↓［１］，ｄ↓［１］）－Φ↓［ｏｕｔ］↑［标准体］（ｆ↓［２］，ｄ↓［１］）－Φ↓［ｏｕｔ］↑［标准体］（ｆ↓［１］，ｄ↓［２］）］；（３）令受检体为标准体，分别探测光源调制频率为ｆ↓［１］、探测距离为ｄ↓［１］时标准体的输出相位Φ↓［ｏｕｔ］↑［标准体］（ｆ↓［１］，ｄ↓［１］），光源调制频率为ｆ↓［１］、探测距离为ｄ↓［２］时标准体的输出相位Φ↓［ｏｕｔ］↑［标准体］（ｆ↓［１］，ｄ↓［２］），探测光源调制频率为ｆ↓［２］、探测距离为ｄ↓［１］时标准体的输出相位Φ↓［ｏｕｔ］↑［标准体］（ｆ↓［２］，ｄ↓［１］）和探测光源调制频率为ｆ↓［２］、探测距离为ｄ↓［２］时的标准体输出相位Φ↓［ｏｕｔ］↑［标准体］（ｆ↓［２］，ｄ↓［２］）；（４）令受检体为未知组织体，分别探测光源调制频率为ｆ↓［１］、探测距离...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵会娟，范颖，高峰，
申请(专利权)人：天津析像光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：12[中国|天津]