本發(fā)明創(chuàng)造屬于物質(zhì)光學(xué)參數(shù)獲取技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于測量物質(zhì)光學(xué)參數(shù)的漫射光子密度波系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

組織光學(xué)參數(shù)測量是生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)的主要研究內(nèi)容之一，人體組織光學(xué)性質(zhì)與其生理病理狀態(tài)密切相關(guān)。近年來，利用組織光學(xué)特性，特別是吸收與散射特性進(jìn)行組織成像診斷及無創(chuàng)成分檢測成為生物醫(yī)學(xué)光子學(xué)領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，為腫瘤早期診斷、代謝動態(tài)監(jiān)護(hù)及光動力治療等臨床應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)用于光學(xué)參數(shù)測量的系統(tǒng)多是采用的雙積分球技術(shù)。該技術(shù)采用的是一種離體的間接光學(xué)特性參數(shù)測量方法，將積分球系統(tǒng)與傳輸理論結(jié)合起來實(shí)現(xiàn)的。近紅外漫射光子密度波又稱為漫射光子密度波，簡稱光子密度波(DPDW)。近紅外光子密度波技術(shù)快速、無損傷、廉價、技術(shù)簡單且非電離，對探測顱內(nèi)血腫及體內(nèi)腫瘤的存在位置和大小、腦外傷辨認(rèn)的預(yù)檢查和醫(yī)學(xué)普查多很有幫助。2007年天津大學(xué)公開了一項(xiàng)技術(shù)，即一種近紅外漫射光無創(chuàng)早期宮頸癌檢測系統(tǒng)。上述的系統(tǒng)應(yīng)用在宮頸癌的早期檢測，應(yīng)用范圍受到限制。使用的高頻信號的頻率范圍是100-200MHZ，頻率較低，頻帶較窄。使用頻域外差測量系統(tǒng)以及采用逆蒙特卡洛模擬的方法實(shí)現(xiàn)對管狀、薄層組織的光學(xué)參數(shù)重構(gòu)，勢必會增加了系統(tǒng)的難度。除此以外，在進(jìn)行光學(xué)參數(shù)測量的同時，對被測組織無損傷、電離程度小有著很重要的意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明創(chuàng)造旨在提出一種用于測量物質(zhì)光學(xué)參數(shù)的漫射光子密度波系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的高頻信號頻率范圍窄，應(yīng)用范圍受限制等問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明創(chuàng)造的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

提供一種用于測量物質(zhì)光學(xué)參數(shù)的漫射光子密度波系統(tǒng)，包括網(wǎng)絡(luò)分析儀、直流電流源、T型偏置器、射頻開關(guān)、激光器和光電檢測器，所述網(wǎng)絡(luò)分析儀和直流電流源分別與T型偏置器相連，T型偏置器與射頻開關(guān)相連，射頻開關(guān)與激光器相連，激光器與待測物體相連，待測物體與光電探測器相連，光電探測器與網(wǎng)絡(luò)分析儀相連；網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)出的高頻信號進(jìn)入T型偏置器，在疊加直流驅(qū)動信號后，經(jīng)射頻開關(guān)驅(qū)動激光器輸出調(diào)制光信號，照射到待測物體，攜帶待測物體信息的輸出光經(jīng)光纖進(jìn)入光電檢測器，最后信息進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)分析儀。

進(jìn)一步的，所述的高頻信號為30KHz-3GHz的高頻信號。

進(jìn)一步的，信息回到網(wǎng)絡(luò)分析儀后，依據(jù)激光器設(shè)定的兩個波長值，經(jīng)過測量、標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化后，得到待測物體幅值A(chǔ)(r)和相位θ(r)；

用輻射方程進(jìn)行擬合處理：

其中，S_AC為交流振幅斜率；r為光電探測器與激光器之間的距離；ω為信號的調(diào)制角頻率，計算公式為ω＝2πf，f為信號的頻率；v為光在多散射介質(zhì)內(nèi)的速度，v＝c/n，n為多散射介質(zhì)折射率，c為光在真空中的傳播速度；D為光子散射系數(shù)，D＝1/{3[μ_a+(1-g)μ_s]}，μ_a為吸收系數(shù)，是光子在被組織吸收之前所走過的平均路徑長度的倒數(shù)；

μ_s為散射系數(shù)，是在兩次連續(xù)的散射之間光子所走過的平均路徑長度的倒數(shù)；約化散射系數(shù)μ,_s＝(1-g)μ_s，g為平均散射余弦，g＝<cosθ>；為相位部分斜率；

由(1)、(2)公式可分別得到S_AC和

整理(1)和(2)，并帶入D＝1/{3[μ_a+(1-g)μ_s]}后得到：

帶入S_AC和(3)和(4)聯(lián)立求解可得吸收系數(shù)μ_a和約化散射系數(shù)μ’_s。

本發(fā)明創(chuàng)造能夠快速實(shí)現(xiàn)在高頻信號領(lǐng)域測量組織的光學(xué)參數(shù)，且用輻射方程對得到的信息進(jìn)行擬合處理，能夠快速精確獲得待測物體的吸收系數(shù)及約化散射系數(shù)。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明創(chuàng)造的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明創(chuàng)造的進(jìn)一步理解，本發(fā)明創(chuàng)造的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本發(fā)明創(chuàng)造，并不構(gòu)成對本發(fā)明創(chuàng)造的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1為本發(fā)明創(chuàng)造所述的用于測量物質(zhì)光學(xué)參數(shù)的漫射光子密度波系統(tǒng)結(jié)構(gòu)連接示意圖。

具體實(shí)施方式

需要說明的是，在不沖突的情況下，本發(fā)明創(chuàng)造中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在本發(fā)明創(chuàng)造的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以通過具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明創(chuàng)造中的具體含義。

下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明創(chuàng)造。

如圖1所示，本發(fā)明創(chuàng)造包括網(wǎng)絡(luò)分析儀、直流電流源、T型偏置器、射頻開關(guān)、激光器和光電檢測器。網(wǎng)絡(luò)分析儀和直流電流源分別與T型偏置器相連，T型偏置器與射頻開關(guān)相連，射頻開關(guān)與激光器相連，激光器與待測物體相連，待測物體與光電探測器相連，光電探測器與網(wǎng)絡(luò)分析儀相連。

實(shí)際使用過程：按照上述連接方式將系統(tǒng)搭建好，準(zhǔn)備好待測樣品。打開網(wǎng)絡(luò)分析儀、直流電流源和激光器分別預(yù)熱15分鐘。網(wǎng)絡(luò)分析儀發(fā)出高頻信號，高頻信號進(jìn)入T型偏置器，在疊加直流驅(qū)動信號后，經(jīng)射頻開關(guān)驅(qū)動激光器輸出調(diào)制光信號，照射到待測物體，攜帶待測物體光學(xué)信息的輸出光經(jīng)光纖進(jìn)入到高速光電檢測器，光信號轉(zhuǎn)變成電信號后，信息回到網(wǎng)絡(luò)分析儀中，PC機(jī)通過通用接口總線與網(wǎng)絡(luò)分析儀連接，將得到的信號數(shù)據(jù)采用輻射方程擬合模擬的方法，得到待測物體的光學(xué)參數(shù)，即吸收系數(shù)μ_a及約化散射系數(shù)μ’_s值。吸收系數(shù)表示的是組織體中單位長度上一個光子被吸收的幾率。散射系數(shù)表示組織體中單位長度上一個光子被散射的幾率。約化散射系數(shù)表示單位長度上各向同性散射的有效值。

當(dāng)選擇的激光器的波長分別是788nm和826nm，選取的高頻信號為1GHZ時，由射頻開關(guān)分別選通兩路波長光源進(jìn)行測量，分別選取201個樣本點(diǎn)，經(jīng)過測量、標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化后，得到201組待測物體幅值A(chǔ)(r)和相位θ(r)；通過以下公式

得到S_AC和公式中r為光電探測器與激光器之間的距離。接著帶入

其中，c為光在真空中的傳播速度，約為3×10⁸m/s，ω為信號的調(diào)制角頻率，計算公式為ω＝2πf，f為信號的頻率，由于選取了201個樣本點(diǎn)，因此得到201組ω的值。最終可以得到待測樣品在788nm處的吸收系數(shù)μ_a為0.016cm^-1，約化散射系數(shù)μ’_s為7.9cm^-1。在826nm處的吸收系數(shù)μ_a為0.020cm^-1，約化散射系數(shù)μ’_s為7.6cm^-1。即得到了待測樣品在788nm與826nm的激光信號中的光學(xué)參數(shù)。

以上所述僅為本發(fā)明創(chuàng)造的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明創(chuàng)造，凡在本發(fā)明創(chuàng)造的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之內(nèi)。