基于delta-P1近似模型的空间分辨漫反射一阶散射参量灵敏度研究

田会娟; 牛萍娟

doi:10.7498/aps.62.034201

摘要

以delta-P1近似光学模型为基础, 推导了双点源近似下空间分辨漫反射一阶散射参量μs'灵敏度的解析式, 并进行了数值分析和比较. 研究表明, 与混合漫射近似模型和漫射近似模型相比, delta-P1 近似模型能更好地描述强散射较强吸收情况下近光源区域生物组织漫反射光子的分布, 且在有效反照率a'>0.83时, 获得最佳优化距离ρopt, ρopt 随μs' 的增大而减小, 且在距光源约2.7—4个输运平均自由程处μs'的变化对测量吸收的影响最小. 这项研究对于优化传感器几何结构以及生物组织光学参量的测量具有重要意义.

关键词:

Abstract

For spatial-resolved diffuse reflectance, the sensitivity expression to the reduced scattering parameter μs' is derived and numerically analyzed in the two-point-source delta-P1 approximation of transport theory, and the influences of the scattering parameter μs' on the delta-P1 approximation reflectance, hybrid diffuse approximation reflectance, and diffusion approximation reflectance are also compared. The results show that the optical properties of biological tissue can be better described by the delta-P1 approxiamate model in relatively high scattering and absorbing medium for a short souce-detector separation; the optimum probe spacing ρopt is obtained and approximately equal to 2.7-4 transport mean free path for the reduced albedo a'>0.83, at which a variable reduced scattering coefficient has the smallest effect on the measurement of optical absorption in the turbid medium and ρopt reduces with the scattering parameter μs' increasing. The study is of great significance for optimizing the probe geometry and measuring the optical parameters of biological tissues.

Keywords:

作者及机构信息

田会娟^1,2,
牛萍娟^1,2

1.
天津工业大学电气工程与自动化学院, 天津市电工电能新技术重点实验室, 天津 300387;

2.
大功率半导体照明应用系统教育部工程研究中心, 天津 300387

基金项目: 国家自然科学基金 (批准号: No. 60278004) 资助的课题.

Authors and contacts

1.
Tianjin Key Laboratory of Advanced Electrical Engineering and Energy Technology, School of Electrical Engineering and Automation Tianjin Polytechnic University, Tianjin 300387, China;

2.
Engineering Research Center of High Power Solid State Lighting Application System, Tianjin 300387, China

Funds: Project supported by the National Natural Science Foundation of China (Grant No. 60278004).

参考文献

[1]	Zhang Z X 2008 New Technology and Applications of Biomedical Photonics (Beijing: Science Press) (in Chinese) [张镇西 2008 生物医学光子学新技术及应用 (北京: 科学出版社)]
[2]	Tuchin V V 2007 Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis (Bellingham: SPIE Press)
[3]	Wang F, Ding H S, Lin F 2000 Spectroscopy and Spectral Analysis 20 585 (in Chinese) [王峰, 丁海曙, 林方 2000 光谱学与光谱分析 20 585]
[4]	Kumar G, Schmitt J M 1997 Appl. Opt. 36 2286
[5]	Liu H-L 2001 Appl. Opt. 40 1742
[6]	Huang Z Q, Ding E J 1987 Transfers Theory (Beijing: Science Press) (in Chinese) [黄祖洽, 丁鄂江 1987 输运理论 (北京: 科学出版社)]
[7]	Tian H J, Liu Y, Wang L J, Zhang Z B, Xiao L F 2009 Acta Phys. Sin. 58 249 (in Chinese) [田会娟, 刘迎, 王利军, 张智卜, 肖立峰 2009 物理学报 58 249]
[8]	Tian H J 2009 Ph. D. Dissertation (Tianjin: Tianjin University) (in Chinese) [田会娟 2009 博士学位论文 (天津: 天津大学)]
[9]	Hull E L, Foster T H 2001 J. Opt. Soc. Am. A 18 584
[10]	Zhang X J, Yang W, Liu Y 2011 Acta Photon. Sin. 40 67 (in Chinese) [张小娟, 杨薇, 刘迎 2011 光子学报 40 67]
[11]	Qi B B, Liu Y, Jia G Y, Liu X J 2011 Acta Phys. Sin. 60 128701 (in Chinese) [齐贝贝, 刘迎, 贾光一, 刘小君 2011 物理学报 60 128701]
[12]	Wang R W, Wang Y S 2012 Acta Phys. Sin. 61 184202 (in Chinese) [王锐, 王玉山 2012 物理学报 61 184202]
[13]	Haskell R C, Svaasand L O, Tsay T T, Feng T C, McAdams M S, Tromberg B J 1994 J. Opt. Soc. Am. A 11 2727
[14]	Tualle J M, Prat J, Tinet E, Avrillier S 2000 J. Opt. Soc. Am. A 17 2046
[15]	Groenhuis R A J, Ferwerda H A, Bosch J J T 1983 Theory Appl. Opt. 22 2456
[16]	Wang R 2009 M.S. Dissertation (Tianjin: Tianjin University) (in Chinese) [王锐 2009 硕士学位论文 (天津: 天津大学)]
[17]	Wang L H, Jacques S L, Zheng L Q 1995 Computer Methods and Programs in Biomedicine 47 131
[18]	Tian H J, Liu Y, Wang L J, Zhang Y H, Xiao L F 2009 Chin. Opt. Lett. 7 515 (in Chinese) [田会娟, 刘迎, 王利军, 张宇辉, 肖立峰 2009 中国光学快报 7 515]

施引文献

[1]	Zhang Z X 2008 New Technology and Applications of Biomedical Photonics (Beijing: Science Press) (in Chinese) [张镇西 2008 生物医学光子学新技术及应用 (北京: 科学出版社)]
[2]	Tuchin V V 2007 Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnosis (Bellingham: SPIE Press)
[3]	Wang F, Ding H S, Lin F 2000 Spectroscopy and Spectral Analysis 20 585 (in Chinese) [王峰, 丁海曙, 林方 2000 光谱学与光谱分析 20 585]
[4]	Kumar G, Schmitt J M 1997 Appl. Opt. 36 2286
[5]	Liu H-L 2001 Appl. Opt. 40 1742
[6]	Huang Z Q, Ding E J 1987 Transfers Theory (Beijing: Science Press) (in Chinese) [黄祖洽, 丁鄂江 1987 输运理论 (北京: 科学出版社)]
[7]	Tian H J, Liu Y, Wang L J, Zhang Z B, Xiao L F 2009 Acta Phys. Sin. 58 249 (in Chinese) [田会娟, 刘迎, 王利军, 张智卜, 肖立峰 2009 物理学报 58 249]
[8]	Tian H J 2009 Ph. D. Dissertation (Tianjin: Tianjin University) (in Chinese) [田会娟 2009 博士学位论文 (天津: 天津大学)]
[9]	Hull E L, Foster T H 2001 J. Opt. Soc. Am. A 18 584
[10]	Zhang X J, Yang W, Liu Y 2011 Acta Photon. Sin. 40 67 (in Chinese) [张小娟, 杨薇, 刘迎 2011 光子学报 40 67]
[11]	Qi B B, Liu Y, Jia G Y, Liu X J 2011 Acta Phys. Sin. 60 128701 (in Chinese) [齐贝贝, 刘迎, 贾光一, 刘小君 2011 物理学报 60 128701]
[12]	Wang R W, Wang Y S 2012 Acta Phys. Sin. 61 184202 (in Chinese) [王锐, 王玉山 2012 物理学报 61 184202]
[13]	Haskell R C, Svaasand L O, Tsay T T, Feng T C, McAdams M S, Tromberg B J 1994 J. Opt. Soc. Am. A 11 2727
[14]	Tualle J M, Prat J, Tinet E, Avrillier S 2000 J. Opt. Soc. Am. A 17 2046
[15]	Groenhuis R A J, Ferwerda H A, Bosch J J T 1983 Theory Appl. Opt. 22 2456
[16]	Wang R 2009 M.S. Dissertation (Tianjin: Tianjin University) (in Chinese) [王锐 2009 硕士学位论文 (天津: 天津大学)]
[17]	Wang L H, Jacques S L, Zheng L Q 1995 Computer Methods and Programs in Biomedicine 47 131
[18]	Tian H J, Liu Y, Wang L J, Zhang Y H, Xiao L F 2009 Chin. Opt. Lett. 7 515 (in Chinese) [田会娟, 刘迎, 王利军, 张宇辉, 肖立峰 2009 中国光学快报 7 515]

[1]	寇科, 王错, 王晛, 连天虹, 焦明星, 樊毓臻. 线性调频激光回馈粒度探测灵敏度提升方法. 物理学报, 2023, 72(16): 169501. doi: 10.7498/aps.72.20230569
[2]	王健, 张超越, 姚昭宇, 张弛, 许锋, 阳媛. 基于石墨烯的太赫兹漫反射表面快速设计方法. 物理学报, 2021, 70(3): 034102. doi: 10.7498/aps.70.20201034
[3]	张文杰, 刘郁松, 郭浩, 韩星程, 蔡安江, 李圣昆, 赵鹏飞, 刘俊. 双螺线圈射频共振结构增强硅空位自旋传感灵敏度方法. 物理学报, 2020, 69(23): 234206. doi: 10.7498/aps.69.20200765
[4]	吴彤, 孙帅帅, 王绪晖, 王吉明, 赫崇君, 顾晓蓉, 刘友文. 基于最优化线性波数光谱仪的谱域光学相干层析成像系统. 物理学报, 2018, 67(10): 104208. doi: 10.7498/aps.67.20172606
[5]	左小杰, 孙颍榕, 闫智辉, 贾晓军. 高灵敏度的量子迈克耳孙干涉仪. 物理学报, 2018, 67(13): 134202. doi: 10.7498/aps.67.20172563
[6]	胡泽华, 叶涛, 刘雄国, 王佳. 抽样法与灵敏度法keff不确定度量化. 物理学报, 2017, 66(1): 012801. doi: 10.7498/aps.66.012801
[7]	刘建华, 唐军, 商成龙, 张伟, 毕钰, 翟陈婷, 郭泽彬, 王明焕, 郭浩, 钱坤, 刘俊, 薛晨阳. 面向谐振式微光学陀螺应用的球形谐振腔DQ乘积优化. 物理学报, 2015, 64(15): 154206. doi: 10.7498/aps.64.154206
[8]	史生才, 李婧, 张文, 缪巍. 超高灵敏度太赫兹超导探测器. 物理学报, 2015, 64(22): 228501. doi: 10.7498/aps.64.228501
[9]	王俊平, 戚苏阳, 刘士钢. 基于版图优化的综合灵敏度模型. 物理学报, 2014, 63(12): 128503. doi: 10.7498/aps.63.128503
[10]	江莺, 梁大开, 曾捷, 倪晓宇. 监测点波长对高双折射光纤环镜轴向应变灵敏度的影响. 物理学报, 2013, 62(6): 064216. doi: 10.7498/aps.62.064216
[11]	徐晋, 谢品华, 司福祺, 李昂, 周海金, 吴丰成, 王杨, 刘建国, 刘文清. 基于机载平台的NO2 垂直廓线反演灵敏度研究. 物理学报, 2013, 62(10): 104214. doi: 10.7498/aps.62.104214
[12]	张小娟, 周青军, 杨薇. 光源附近空间分辨漫反射的SP3研究. 物理学报, 2012, 61(3): 034202. doi: 10.7498/aps.61.034202
[13]	田会娟, 牛萍娟. 基于混合漫射近似的空间分辨漫反射光学参量灵敏度的研究. 物理学报, 2012, 61(18): 184214. doi: 10.7498/aps.61.184214
[14]	王锐, 王玉山. Delta-P1近似漫反射光学模型的二阶参量灵敏度. 物理学报, 2012, 61(18): 184202. doi: 10.7498/aps.61.184202
[15]	龚元, 郭宇, 饶云江, 赵天, 吴宇, 冉曾令. 光纤法布里-珀罗复合结构折射率传感器的灵敏度分析. 物理学报, 2011, 60(6): 064202. doi: 10.7498/aps.60.064202
[16]	齐贝贝, 刘迎, 贾光一, 刘小君. 用双点源-P1近似光学模型反演生物组织的光学参量. 物理学报, 2011, 60(12): 128701. doi: 10.7498/aps.60.128701
[17]	刘迎, 刘小君, 齐贝贝, 田会娟. 生物组织的δ-P1近似漫反射光学模型. 物理学报, 2011, 60(7): 074204. doi: 10.7498/aps.60.074204
[18]	侯建平, 宁韬, 盖双龙, 李鹏, 郝建苹, 赵建林. 基于光子晶体光纤模间干涉的折射率测量灵敏度分析. 物理学报, 2010, 59(7): 4732-4737. doi: 10.7498/aps.59.4732
[19]	任利春, 周林, 李润兵, 刘敏, 王谨, 詹明生. 不同序列拉曼光脉冲对原子重力仪灵敏度的影响. 物理学报, 2009, 58(12): 8230-8235. doi: 10.7498/aps.58.8230
[20]	刘迎, 王利军, 郭云峰, 张小娟, 高宗慧, 田会娟. 空间分辨漫反射的高阶参量灵敏度. 物理学报, 2007, 56(4): 2119-2123. doi: 10.7498/aps.56.2119

计量

文章访问数: 7200
PDF下载量: 457
被引次数: 0

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

搜索

留言板