线光束照射下局部病变组织背散射场角分布研究.pdfVIP

文章编号： （ ） 线光束照射下局部病变组织背散射场角分布研究! 来建成 李振华 王春勇 贺安之 （南京理工大学信息物理与工程系，南京 ） 摘要： 将内含异质层的半无限生物组织作为研究线光束照射下局部病变组织背散射场的近似模型，在此基础上， 引入倍加算法对线光束照射下局部病变组织背散射场角分布进行数值计算。根据数值计算结果，分析了不同组织 层几何参量和光学参量对背散射场角分布的影响，结果表明：“病变组织层对背散射场中小角度光的影响明显大于 对大角度光的影响；背散射场的角分布对病变组织的几何参量（埋藏深度和光学厚度）较为敏感，而对病变组织光 学参量亦即病变组织性质的差异敏感度较低。”同时还对含肿瘤的乳房组织的背散射场角分布进行了计算和分析， 为将背散射场角分布应用于组织内隐藏异物的无创伤诊断提供了理论参考。 关键词： 生物光学；背散射场角分布；倍加算法；局部病变组织 中图分类号： 文献标识码： 引 言 的空间定位要求，使其具备更高的潜在应用价值。 本文建立了线光束照射条件下，局部病变生物 组织的背散射场和透射场携带了大量关于组织 组织的光学模型———正常生物组织内嵌入一异质组 内形态、结构及功能的信息，尤其是组织内部隐藏异 织层。结合此模型，将倍加算法引入到组织背散射 物的信息，例如肿瘤［ ］。因而，如何从可测量的背散 场角分布的计算，并给出了具体的倍加算法；同时对 射场或透射场来获取组织内部的结构和诊断组织内 线光束照射条件下，局部病变生物组织背散射场的 部隐藏的异物受到了广泛的关注。近年来，人们发展 角分布进行了大量的数值计算，根据数值计算的结 了多种成像技术和光谱技术对透射光或反射光进行 果分析了不同组织层光学参量和几何参量对背散射 分析来获得生物组织在形态和结构方面的信息［ ， ］， 场空间角分布的影响，从而为利用背散射场角分布 例如用弱相干层析成像技术（ ）方法可从正常胸 进行无创伤诊断提供有益参考。 组织中诊断癌组织、从肌肉中探测出血块等。 在生物组织无创伤诊断的各类光学方法中，对 组织背散射场的研究和利用始终占据着重要地 模型与计算方法 位［ ］，因为组织的背散射场不仅包含了组织内部 ! # 组织的光学模型 形态结构的丰富信息，而且最便于探测，具有很好的 局部发生病变的生物组织的几何结构如图 普适性。过去对组织背散射场的研究主要侧重于背 （ ）所示。组织发生病变的形态是多种多样的，一 散射场的空间分布情况，而对背散射场角分布的研 般情况下组织病变区域的直径! 为 ［ ］， 究涉及较少，尤其是局部病变组织背散射场的角分 本文中假设是线光束入射的情况，即忽略光束直径 布［ ， ］，例如参考文献［ ］利用蒙特卡罗（ 大小，则病变区横向尺寸相对于线光束是无限延展 ）方法对线光束照射下不同结构组织背散射场 的，也就是可以简化成一个组织层来处理。事实上， 的空间分布进了研究，但是对于角分布仅给出了单 在激光医学的各类应用中，入射激光束的横向尺寸 层组织的模拟结果。事实上，与直接测量散射场的 通常在 以内，对于我们所关注的表皮