组织光学复习题.doc

《组织光学》复习题

根本概念：吸收系数、散射系数、各向异性因子、约化散射系数、总的衰减系数、有效衰减系数、扩

散系数

吸收系数ua：光子在无限小距离ds运动时被吸收的几率，其倒数表示光子在介质中被吸收前所走过的平均距离。

散射系数us：光子在无限小距离ds运动时，被散射的几率，其倒数表示光子在介质中被散射前所走过的平均距离。

各向异性因子g：g为散射角余弦的均值，是单次散射模式非对称性的量度，反映了散射光在不同方向的分配情况。g的值在-1~1之间。g=0各向同性散射；g=1高度的前向散射；g=-1高度的后向散射。

约化散射系数us′：在远离边界与光源的表况下常用于描述光子的散射特性，融合了散射系数和各项异性因子us=us(1-g)。该参数描述了一个以1/us为步长的随机游走的光散射，每一步都包括各向同性散射。

总的衰减系数ut:吸收系数ua与散射系数us之和，ut=ua+us.它表征光在组织中衰减的概率指数。

N=阳W+(1—g*]

有效衰减系数ueff：efaa s

1

3(n+N(1-g))

扩散系数D[mm]：

扩散系数D[mm]：

,D是从宏观上反映生

物组织漫射特性的一个根本的特性参数。

生物组织中主要的吸收体有哪些，理解组织对光的吸收对组织光诊断与治疗有何意义？

(1)生物组织中主要的吸收体有：核酸、氨基酸与蛋白质、黑色素、血液和血红蛋白、水等。(2)在生物医学光子学中，光子的吸收对诊断与治疗也是一个非常重要的事件：

①从治疗的角度来看，要使激光或其它光源在组织上产生治疗性(或损坏性)的效果，生物组织对光的吸收是必须。如果没有吸收，光与生物组织就不会有能量的交换，那么生物组织就不可能被光影响。

②从诊断的角度来看，生物组织对光的吸收可以为发现理解其化学组成提供重要的线索，并且可以做为成像的光学比照机制。吸收不仅可以用在光谱学中，还可以用在成像中。

说明影响散射的生理因素有哪些？理解组织中的光散射对组织光诊断与治疗有何意义？

(1)影响散射的生理因素：影响散射的生理因素主要有组织的超微结构，例如细胞中脂膜的密度，核子的大小，胶原纤维的存在，组织中水合作用的水平等等。

(2)当生物组织发生病变时，便会引起生物组织结构的变化，从而使得其散射特性发生改变，包括：散射光强度、散射的方向分布、散射的频率、偏振特性、相干性的改变。因此，通过散射的测量便可以获得重要的诊断信息。

就治疗而言，散射能为治疗过程提供重要的反应信息，例如在光热治疗过程中，散射的变化都是可观察的，它与治疗效果密切相关。而在依赖于吸收的治疗过程中，散射作用直接影响着光疗剂量，因为光散射到什么地方，才可能会有吸收现象的发生。

利用米氏理论可以计算哪些参数？求解需要在知道哪些参数的情况下进行？

总截面:散射参数

总截面:

乌v=3￡〔加+n低的+丸〕〕方官父一

后向散射截面:土沌⑵打

散射截面： Q、=%=引￡中-帅J+叼=，

各向异性因子g0=六*誓Mi￡J+焉牌滤H

电磁波的散射

根据散射粒子尺寸与电磁波波长之间大小

.粒子尺寸远小于电磁波波长时的散射行为,称为瑞利〔Rayleigh〕散射，可用电磁理论来描述『

.粒子尺寸远大于电磁波波长时，可以利用几何光学描述波的传输.

■粒子尺寸与电磁波波长相近时的散射行为，需用米氏〔Mie〕理论来描述.

散射系数的计算举例

相对折射率 m-n=区-=空卫=L1B06

外11M1型16

粒子尺寸波长比cr=%=*咐2=50g3]

10.63羽

几何截面粒子数密度A=^=*(0.512『=0.0726

几何截面

粒子数密度

p-————-二 口口‘ =0.0608/imJ

4门/ (4f3)充值512y

’散射截面％=Q〃=W」971)(0.0726)=0,1431加产

散射系数凡二户/-(00608X0.01431)=0.0009723/^7?-L=9.723on各向异性因子g=0*6076

利用米氏理论描述光在介质中的散射，只要知道介质、粒子在这一波长的下折射率、以及粒子尺

寸，即可得到该粒子对波的散射截面，进而计算出其它的光学特性参数。

如何利用米氏理论来理解介质中的散射系数、各向异性因子随粒子大小、粒子折射率〔或背景折射率〕、

粒子体积密度及光波长的变化关系？

散射参数

总截面： ￡-9g84】邢明/2〕｝

■后向散射截面：—胡郎

散射截面： 0=詈=宗自5帆D

■各向异性因子g：”占巨誓^鼻心+山+悬费的】

如果介质的体积不变，将大的散射粒子打碎变小，此时，介质的散射、各向因子、及约化散射会发生怎样的变化？试用米氏计算举例说明，并对结果进行解释。