第36卷，第2期 2016年2月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol.36,No.2.pp561-566 February2016
基于双积分球的宽光谱组织光学参数测量系统与方法研究
韩蕾1，李晨曦12*，孙承涛，蒋景英"，赵会娟12，徐可欣1，2
1.天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津300072
2，天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室，天津300072
摘要组织光学参数测量是生物医学光子学的主要研究内容之一，人体组织光学性质与其生理病理状态密切相关。近年来，利用组织光学特性，特别是吸收与散射特性进行组织成像诊断及无创成分检测成为生物医学光子学领域研究热点，为肿瘤卓期诊断、代谢动态监护及光动力治疗等陷床应用提供广基础。双积分球方法能够同时测量离体组织吸收系数、散射系数等，具有测量准确、快速，适用范围大等优点，作为光学参数测量的标准方法得到广泛研究与应用。利用双积分球及超连续激光器搭建了宽光谱的组织光学参数测量系统，分析了积分球测量传递函数与误差来源及系统最佳测量条件，建立了基于BP-MCML的系统校正正向模型与L-M算法的光学参数反构算法。在此基础上，测量了1100～1400nm连续宽谱范围内Intralipid 溶液光学参数，实验结果表明改进后反构算法测量结果比较准确，多次测量标准偏差在3%以内，不同波长
下约化散射系数及吸收系数测量结果与其他研究小组得到的测量结果对比，偏差小于3.4%。关键词双积分球；组织光学参数；参数校正；多波长
中图分类号：0657.3
文献标识码：A
引言
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2016 )02-0561-06
的测量。利用蒙特卡落方法分析了测量过程中侧浦及串扰等对于测量结果的影响，研究了系统测量误差校正方法及最佳测量条件，提出了反向传播神经网络-蒙特卡洛（backpropa-
组织光学参数是一系列描述光在组织中传播特性的参量，包括吸收系数、散射系数及各向异性因子等。测量方法限据原理可分为时域、频域、稳态径向距离分辨的在体测量方法，及采用积分球的离体测量方法口-}。双积分球测量方法通过测量样晶的反射率及透射率，结合反构算法获取得测样品的吸收、散射系数等光学参数。该方法测量准确，应用范围广泛，被视为组织光学参数测量领域的金标准4。国内外很多研究小组进行了双积分球离体组织光学参数的测量研究，光源多采用HeNe或者分立LD激光器组合，波长范围小、分辨率差；在参数反构算法中，对于系统测量误差及校正研究较少。在生物医学光子学中，常需要测量组织在宽光谱连续波长的光学参数，对系统及反构算法精度与适用范围要求较高，
本文构建广基于双积分球测量原理的连续波长组织光学参数测量系统，利用超连续谱激光器及高分辨率光谱仪实现 1100～1400nm范围内连续波长吸收系数及约化散射系数
收稿日期：2014-10-18，修订日期：2015-02-01
gation neural network-Monte Carlo multi-layered tissues , BPNN-MCML)与L-M算法（Levenberg-Marquardt算法)相结合的光学参数反构算法。本文研究的双积分球测量系统克服了分立波长系统波长范围窄、测量时间长、不同波长激光器性能差异造成测量结果误差大等缺点，采用改进的反构算法，进行系统误差校正，减少了测量误差对于光学参数反构结果的影响，具有测量准确、速度快、波长范围大等优点。
测量方法与系统构成双积分球测量原理
1.1
双积分球是利用相对测量获取样品反射率、透射率的方法[4-5]，原理如图1
(1)如图1(a)所示，盖住反、透射球的出、人射窗，测量暗噪声 Ri-1，Ta-1。
(2)如图1(b)和(c)所示，将标准反射板放置在反射球
（29201098（869808
(2013M541174），中国博士后国际交流计划项目（20140066)资助
作者简介：韩蕾，女，1990年生，天津大学精密仪器与光电子工程学院硕士研究生
*通讯联系人
e-mail : lichenxi tju, edu, cr
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