仿生物组织透射光偏振特性的实验研究

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o第2卷7第期 4南京理 大工学学报 2 0 0年38月 J nul f mgU iie soy S cin e moo oyr t a nv ri f, ee a d dT l g o N ain tc

n 12 NV. o . 74o Ag 3 u .0 20仿生物组 织射透光偏振特性 的实验 究研来建成 李振华 王春勇贺安之 (京理工大学理学，京院2 0 9)南南 1 4 0摘该要在文实验上研 了线究偏光振经生物组织传的后输偏振特性的变化。选择Itap悬d浮液作为实用仿生验组物样织品，利用 B rae f3 0测量了线偏 n r il i并 iemP o l i5 2振的H e N—e激光照射不同浓度、厚同度的仿生物组织样品时透射光过经检偏不器后的光场空间分。根布据不同检的偏角度下射透光的空分间布状况，析透分了射点位置标坐品、浓 度和厚度对透射光退偏程度的影响。 样键词关分类号

偏振特性，生物组织，光织学， ta i i浮液 仿组I r l悬d i np Q 36学科代码 101. 84 1激光技术 在学医领域的应用1 广泛，作为这些应用的个一基础问性—题— 生组 3物益而 内的光传输织问题然没有仍很 的好决解，其是光在生物组织 传播内时偏振、干特性的变 相化尤问题。虽然A. iasu将等辐射传 理输引论生入物织组光传输问的题理论分析， 发且 I rm h并展了多种 似近处 方理法，是这些 法方都未能将 光的振偏特性、干特性考虑在内 .光。但相 2 j 信学息论的研认为对于一究个光学系统而言，虑光的偏振特性将能提供更多信的息量， 考这 对于发展疾病 光的学无创伤断诊术技是十分重 的要，使得 研究生物 组织对光振特偏性的这 影响成一为项十分有意义的作工。前目，织光学就生内物组织对光偏振特性影响题问开组展研的究很少，见 1 7仅9 6年 Bc 等通e过测量散射矩阵，究 Bc sS bis浮l液对偏振 i kl ai研 uut悬il l

光散角射分 布影的响； 79年A . 19H. eHhsr研究 粒子寸尺和浓度对组织模型

和生物细 ile 等胞c悬 浮液向后漫射光偏振特性的影响 . S;G.D m等s将光的 振特偏性引入生物组织学成光 oe像术的研究，其用组于织表面反光射和内漫反部光射的区分 J。本将文选 I择l ir n ii悬d tp浮 a液作为仿组 样织品，过对线偏振的 H—N通 ee激光经过 tIadp悬浮液的传输后 ,不同 n rl i i在 i的检偏器角度下透射光强 度间空分 的布实 测量验，析偏线振的H分 e— Ne激经光过tI— r i anii浮液后的退偏程度仿与组 样织品度浓、度及以透射点位半径之置间的系。关 d悬 l厚p

1实描验述1 1验实装置 .

1给出了图量测线偏激 光经仿生物过组织样后偏品振变化 实的验光，路光源 输为出 其收稿期：日O2 5 1— 2 O 0—来建成男42 5岁博生士

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维普资讯ht p:t//wwwcqvi.pcom.总第1 1 3期来建成李振华王春勇贺安之仿生物织组透光偏射特性振的实验研究4 53

率功为Ⅱ3的 H l We— N激e光，束 直径为 O 2e光 .。一m起偏器对：P、 P置在 H— N L1 L2放e e激 光器之，前 P在垂可直平面内旋， L1转以调节入激光射强度的， PL 2固定，振向方如图偏 1所示；紧贴组织样品 射面透处 置放一个可在 直垂面 内自由旋转的检偏器L 3和玻璃毛屏，在P以便利高灵用度敏的 CD结合 B a r l03不同对偏角检下度射光透的空分间布行进测 C e mPoe 5, i 2 f。这里的“量偏角”义检为偏 器透光方 与起向偏器透光 向之方间的 夹。角检定

1 2

3 4 5

1起偏器L 1 2起偏器L 3组织样2品一 P 一 P一4检偏器 1 5r玻璃毛屏 一.一 t3

图 1实原验理图 Fg1 S mha ii a go ee p n r i . ce td a rm f tx emet h i

c12 仿组样品—织—h a岫ii. I l悬浮d液 p

tIaii浮液是 一良好种生物组织的液态 型模，同度的浓Ima pd悬浮液可 以被 rn l d悬i p不 n l ii'

用.模来仿不散同程射/度数系的生物组织。 I r l i一是种精由大制豆油和精制

卵磷所脂 n i id tap 成组的脂肪乳剂， 00m1 的0脂肪乳注射液含 制精大豆油1g0油 2甘、制卵磷 每 0 L1 0 、 5g精脂， 1余为注射用水。脂肪乳的脂肪 颗粒构 造与体人内乳微粒相 ,似直粒 D≤ 1径2g其颗 t n同时在可见光波段没有明显的 磁电波吸收带而，它是一种较为理想的组织液 态模型。 a,因

tIai悬 i浮液的光 学质性被深已研究入， at ee的研究确定了其散 颗射粒的 小分大 nr l dpi nVaAr v,散射布尺寸元在 2 5—其6 5n l7间，均 9 m; n.之平7n S T Fok.和 VSne n等给a出了计算 lca t r v e同浓不度 tIiia浮液光学参 数(射系数、收系数和各向异性因子)近似公式[.。 nr l悬d p i散吸的 6 71因而本文选择 I rli悬液作浮仿生物为织组样品来究研物生织组光对偏振特性影的。响n ii d ta p1 3数据处理 .为了减实少验中引入背的景噪声，利分 B a用 r '25充 e mo P30e的自动去景背功能来去扣f d背景声噪；时同对集所得采的图像行 3 3的进均值波，滤×以除去实验中引入的 lsadp p an—-e—tp r声相当，于对像图行进一了次低通波滤。噪这 e

2实验结果 和析分本利文用医蒸用馏 水将 2%0的It ai i液射稀释成不同浓度的 Ita ii浮 nr液l注 dipnr l d悬ip,

将其为作同散射不度程/系数仿的织样组品。验实中蒸水与 2馏 _rIl i注射液 0的的 ni i tdp a比分配别为2:、 170 5 11 31 11相浓应度仿下生物组织样的品散射数系、 0 11:、:、:、 、::,吸收系数和各向异性子因可据文献根，[] 的出近似公式进行 算。计在线偏振 Hee激 光照 76给N—射，下不浓度、同厚同度 (,l 3rnn仿组的织样品进了行实验测量图 2给出 一对 1不nm2lm, ) n-

,组典型实验原的始图 。 2线1偏振光过不经浓同度组样品织传输偏后振特性的 变化

图.3给出线了偏振 的eHe光过不经浓同度的组织液态模型之后，不 检同偏角度

—N激在下出射时的度分强布从图。 3a可以楚地清看到 ,(由)于散射作的使得用出光射束的布分范

围超了入射光束的出半径范为围 1 m0 . e,同时发在现偏检角 9 o,为同位置的出射光 的 0时不

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第2 7第 4卷期

强度均接近于零，说明在浓度比配 2为 1,时仿组织样品的透 光射基本 持保入时射的 0这：从线偏振特性， 因原是这 配种比的下织组样品散射较弱， 其同厚度时薄， 0 c.这使得 在仅光1 m,其传内输时经历的散射件事很 (少少 2于远次 0)。

图2浓 度比为配 1 1厚度为01c 时7个偏检度角下的透射空光间分布 0:、. m Fi 2S ald irb so t ft a s dtih r m s u d e t ln i g tro g .p t iati un o r nmi el tgoft s e mol iw h eb n a d ii ti

11 a d t kie s . 0 nme e ey ia o a img a g e 0: n c n s 1 c u d r vsn t cp pl r lhz n ls 1.O .O 8 . O 6O. O O OO O O O O O O .

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图 33种典型浓度组仿织品样透光射不在同检偏角度下的空间分布 gF 3 St iusiona ssi i t r mrtea ci i- u s i. p id t b f tnmr sn l o e af i btoe a ai rso l ti g of hhi a li si h dr n o c nrto d r tp ia pI w t f eet c n et ansiune y c (il b g aige I n lls

图 3为 b配比为 1 1厚度为0 c1组的织样的品测量 结果。图不中同检偏 角度下的 ():,. m光强分布曲完线全重合，这明种 度浓下的组织模型能 入使射偏 光振完全 化退成自然光，说 其原在因于这种配比下组织样的品散射 系数大很，得光在组 织传内输时历大经的量散射事使

件而，完全退去偏 振性特，献[]出结论：线光偏在经历大 2从文于4给“ 0次的散射事件之后，将完退去全偏振其性特，成为而自然光图” 3c是一种中情况间， 织组样品的比为 1配。 )(其 0: 度为， . 0c由中不图检偏角同下的度光强分布曲线可知，偏振的入射光在透射时 1厚1 m。 线已经明显退偏时随，透射点半径的增，加射光退偏程度明显加强，原因其是透射光由 同透究散光射和约化入射 光(在 组织按内B e定律衰减，不经历 射事件散，而保持偏振 特其e r但性从成，随出)射点置位半径增的散加射光的成 增分加至，半径大 0于锄1之后为10组且直 . 0

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m总第11期 3

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仿之生物组织射光偏振透性特的实验研究

473;时对同散射光言而，大 半处径透射散射的由于光历经平的均光程于大小半径 时平的均在光程，应经历的散射 件事数也大于小径半时 ,使的得大半径处透射散的射退偏光比小半相这径时的厉害。实验表，明样厚品度为0 1c时，要浓 配度小于比3 1就使可入偏振射在. m 只：光全完退化成自然光。22线偏光振经过不厚度同组织品传样后输偏振特性的变化 .在不对同度浓仿织组样品进行究研基的础上，用浓 度配为 1:比，度别分 0为1 0利厚1 .c 03 cm .、m和 0 5 .cm这 3种情况下的果结来说明厚度对组织样品透射光振偏性特的影响，其实验量结测果别分如 图3 c和图所 4示。 4图 b为度厚= 50 c) () . (m的时测量果结图，从中以可明显看出，时从生仿物织组品透射样的He 光e已经完全退成自化然光；从这 N—激而厚度 0 3c:.m样品的结果( a )以4看，出半径处透射的光 (径于大0. c已经图 ( )可大半1 m) 完全化退自然成光，小 径半处射透光的为部分 振光。偏在

R m m

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(m )=O 3c a .

(m )= 50c b.m图 42种典型度仿浓组织样品透光射在不检同偏角度下的 间分空

布 Fg 4 S i ld sar u n i a o msios ih o a t ca it s e t i e t i .e t it pb tf t n—s i l tfn m r f i l o ui siwd fr n a o i srr i i b sh t e c n s e n ey i o aai g ia g e h kie s u d rtp cslp l r n n l s z

上综所，述见线偏振射入光在历仿经织组样品的输之传后，振偏性特将到一受定程可其度的化退。 仿组随织 样品度和浓厚度的增加， 相别应于织组散系射数 厚和度增大射，光分透的退偏程 增度大，至完全退化成然光自。此外，出射光完全退化成然自光之前，同位直在 置不径半处透射的光的退偏程度不同，随透点射位半径置增大，的退偏程增度大 。其本文线对偏振的H— e光经过不同浓度、同厚度仿组织品样的传输偏振后特性e N激不的化进变行了实验究研从。组织仿样品退特性偏的实验测量结可推果，知就实际织组而言， 散随射系数和厚度的增加，射光的退偏程相度应增，大没有透射使光完退全偏前 ,透在随 透射点位置径的增半，射大光退偏的度增大。本文的工作对研究偏振 在光生物组织内的 透传输程过以研究及通过偏手段振光使诊断技术能学供更提多关组于织状的有用态信息的行可 等有一性定参的考价值 。‘参 考文献0t n b p srfg a明 l o1D linD J Ru cn P oo g ao sto its ad s d ne n a l a , d ki.Jh tnm it na h r e m n it sca d i c嘲r ri at

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