皮肤组织光学仿体的基础研究与应用

论文摘要

光子学及其技术广泛应用或渗透到生物科学和医学的诸多方面,其研究成果为人类解决心血管疾病、癌症等病症的早期诊断提供了可能。光子学及其技术,不仅要求理论模型、实验方法的发展与完善,而且对模拟生物组织光传输的组织光学仿体提出了更高的要求。本文以应用于无创血糖检测研究中的皮肤组织光学仿体为目标,展开研究。首先,综合分析了组织光学仿体各组成物质的化学、光学特性,结合本课题研究目标,确定仿体设计方案为基体（明胶）、散射剂（二氧化钛）、吸收剂（无水硫酸铜）。并通过定性实验研究,规范并优化仿体标准制备流程。制备重复性实验结果表明:仿体吸收系数μa的标准偏差值小于平均值的0.98%,约化散射系数μs’的标准偏差值小于平均值的0.53%,制备重复性良好。本文结合理论分析与定量实验研究,归纳仿体光学参数预定公式。验证实验结果表明:仿体吸收参数μa的相对误差约为11.1%,约化散射系数μs’的相对误差小于2%,仿体光学参数实验测量值与预定值之间具有较为理想的一致性,预定公式对于散射特性的定量预测更为准确。其次,系统分析了无创血糖检测所涵盖的主要研究内容。通过对微观粒子光散射模型的理论分析及实验研究,考察葡萄糖浓度变化对仿体光学参数的影响关系。实验结果,就变化趋势而言,与理论分析完全一致。葡萄糖浓度变化引起仿体约化散射系数的相对变化比例δμs’=0.645%mM-1,与Maier等人所进行在体实验结果δμs’=0.583%mM-1较为接近。同时,匀质、异质仿体的蒙特卡罗数值模拟结果亦表明,仿体光学参数变化（由葡萄糖浓度变化引起）导致光在仿体内传输规律变化,通过进一步对漫反射光的统计特性分析,可得出葡萄糖浓度的相关信息,从而初步验证了仿体应用于无创血糖检测研究中的可行性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 国内外研究进展与发展趋势
• 1.3 本论文研究内容与结构安排
• 第二章 皮肤组织光学特性及其测量系统
• 2.1 引言
• 2.2 皮肤组织结构特性与物质组成
• 2.3 皮肤组织光学特性
• 2.3.1 反射和折射
• 2.3.2 吸收
• 2.3.3 散射
• 2.3.4 混浊介质
• 2.4 皮肤组织光学特性参数测量
• 2.4.1 积分球技术
• 2.4.2 本课题所采用双积分球系统
• 2.5 本章小结
• 第三章 皮肤组织光学仿体基础研究
• 3.1 引言
• 3.2 匀质皮肤组织光学仿体研究
• 3.2.1 匀质皮肤组织光学仿体物质组成
• 3.2.2 匀质皮肤组织光学仿体制备
• 3.2.3 匀质皮肤组织光学仿体光学参数预定
• 3.3 异质皮肤组织光学仿体初步研究
• 3.4 本章小结
• 第四章 皮肤组织光学仿体在无创血糖检测研究中的初步应用
• 4.1 引言
• 4.2 无创伤血糖检测的研究内容
• 4.3 匀质皮肤组织光学仿体在无创血糖检测研究中的初步应用
• 4.3.1 葡萄糖浓度对匀质皮肤组织光学仿体光学参数的影响
• 4.3.2 匀质皮肤组织光学仿体光学参数变化对光传输分布特性的影响
• 4.4 异质皮肤组织光学仿体在无创血糖检测研究中的初步应用
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文研究工作与结论
• 5.2 未来研究工作与展望
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢