论文题目: 上皮组织形态特征识别中的偏振方法研究
论文类型: 博士论文
论文专业: 生物医学工程
作者: 邓勇
导师: 骆清铭
关键词: 偏振,理论,后向散射,光谱,反演,上皮组织
文献来源: 华中科技大学
发表年度: 2005
论文摘要: 由于偏振光具有矢量性,与不具有偏振而只由强度决定的自然光比较,具有包括偏振方向在内的更多的信息,因此利用偏振光和物质相互作用而引起的各种效应,可对介质本身的某些特性进行研究。上皮组织是薄的粘膜组织,其后向散射光的偏振态是易测量的,因此偏振光散射后的偏振退化、偏振分量之间的转换能够反映组织细胞综合结构参数。本文系统地研究了用于上皮组织形态特征识别的偏振光的理论及技术应用,主要研究内容如下: 首先,从上皮组织的结构以及非典型增生、原位癌的特征出发,建立了双层散射介质的偏振后向散射光谱的理论模型。用傅立叶方法分析了表层散射体的形态学参数对光谱曲线形状及其谐波幅值的影响。分析表明:粒子直径、标准偏差主要影响光谱的波纹结构的幅值及振荡频率,而散射光谱值的大小对相对折射率最为灵敏; 且光谱基波分量及低次谐波分量的贡献依赖于粒子直径、标准偏差及相对折射率的大小。进一步,构建了该上皮组织模型的偏振后向散射光谱反演模型。针对反演模型的多参数、多极值、非线性,采用每代保留最优个体的浮点遗传算法反演。结果表明:经过70 代反演迭代,每个参数的相对误差趋于稳定,最小的达到0.02%左右,最大的达到约为0.4%,并且参数反演结果是唯一和稳定的。以组织模拟液Intralipid 为研究对象,通过测量该模型的后向漫散射光的斯托克斯矢量,研究了不同方位的线偏振光及不同旋向的圆偏振光入射时,Intralipid 的后向漫散射强度、偏振度的特征。结果表明:对不同的入射偏振态,Intralipid 的后向漫散射强度、偏振度的空间分布具有方位选择性,且介质浓度增加,后向散射强度增加,偏振度减小。进一步,提出了利用漫后向散射光随线偏振光入射方位的变化来测量上皮组织模型表层的粒子尺寸分布及相对折射率。建立了偏振后向漫散射强度随入射偏振方位变化的理论模型,并采用物理模型进行了实验验证。通过对测量数据的反演,结果证明:该方法避免了散射光谱术忽略介质折射率随波长变化的缺点,且能够同时准确地抽取表层粒子的形态参数。最后,采用Stokes Vector–Mueller Matrix 形式,建立了当无限窄的连续光束垂直入射到上皮组织模型表面时,后向单次漫散射Mueller 矩阵的理论模型。基于Mie 散射模
论文目录:
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题的研究背景
1.2 偏振检测技术
1.3 生物组织中偏振传播的特性及其研究进展
1.4 本论文的研究内容
2 上皮组织的偏振后向散射光谱分析
2.1 引言
2.2 偏振光的散射
2.3 单次散射光谱模型
2.4 傅立叶波形分析
2.5 计算结果与讨论
2.6 小结
3 用浮点遗传算法反演偏振后向散射光谱
3.1 引言
3.2 遗传算法的基本理论
3.3 反演模型
3.4 反演方法
3.5 小结
4 组织模型INTRALIPID 的偏振后向散射特征
4.1 引言
4.2 偏振光的描述
4.3 实验系统
4.4 实验原理及方法
4.5 实验材料
4.6 结果与分析
4.7 小结
5 用线偏振光确定上皮组织的形态参数
5.1 引言
5.2 理论模型
5.3 实验系统及测量方法
5.4 材料准备
5.5 结果与讨论
5.6 小结
6 上皮组织模型的MUELLER 矩阵描述
6.1 引言
6.2 理论模型及计算方法
6.3 结果与分析
6.4 小结
7 总结与展望
7.1 本文主要研究进展
7.2 对此研究工作的展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表论文和参加科研情况
发布时间: 2006-04-05
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