第32卷，第10期 2012年10月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
Vol. 32,No. 10,pp2714-2717
October,2012
稳态光谱技术提取生物组织结构和功能互补信息研究
刘成波，宋璟波，隆豉，张镇西*
西安交通大学生命科学与技术学院生物医学分析技术与仪器研究所，
生物医学信息工程教育部重点实验室，陕西西安710049
摘要稳态光谱技术正被越来越多地用于组织结构和功能互补信息提取。通过仿体实验论证稳态光谱技术在光学参数和固有荧光提取方面的优越性。伤体实验中，血红蛋白被用作吸收子，聚苯乙烯小球被用作散射子，Stilbene被用来产生荧光。实验总共制备两组仿体，它们具有相同的散射系数和不同的吸收系数，在每组仿体中进行4次荧光索演定。实验结果表明，组织光学参数和固有荧光均能够被精确提取，从面证明了
稳态光谱技术在提取具有互补特性的组织结构和功能信息方面的优越性。关键词稳态光谱技术；光学参数；固有荧光；蒙特卡落模型
中图分类号：Q632
引言
DOI; 10. 3964/j. issn. 1000-0593(2012)10-2714-04
文献标识码：A
理信息联系起来，即不能够提取出有价值的组织参数信息。由此基于光子传输理论的数据处理方法逐渐发展起来。常用
覆盖整个紫外到近红外波段包含反射光谱和荧光光谱技术的稳态光谱技术在过去的20年已被用于临床前期以及临床浅表肿瘤检测和治疗监测中[-5]，对正常和病理组织进行区分以及监控疾病的发展变化。
反射光谱技术和荧光光谱技术所直接测量得到的是反射和荧光光谱数据，对于这些数据，需要使用合适的算法进行分析，以提取相应的组织结构和功能信息，对于测量得到的荧光数据面言，由于存在吸收和散射干扰作用，还存在固有荧光光谱形变失真问题。固有荧光光谱是指不受任何干扰的直接相关于荧光索浓度的光谱，荧光从荧光素中被照射激发，在其传输过程中会受到吸收和散射作用而发生衰减和形变，使得检测荧光相比固有荧光存在形状和强度的差异，这导效包含在荧光借号内的生化信息很难被正确提取和解释，因此有必要进行固有荧光恢复
用于组织光学参数提取和固有荧光恢复的数据处理算法有经验法和基于光子传输理论的方法两大类，经验法是最早期的方法，这种方法根据光谱强度和形状特征（例如两个波长处光强的比值或者光谱中所包含的主要特征形状)进行相关判断，以区分正常和肿瘤或疾病组织。这种方法的优点是快速简单，能够通过揭示重要的光谱特征来进行组织特征描述以及疾病诊断，但是它并没有将所测量到的光谱数据与生
收稿日期：2012-03-19，修订日期：2012-06-20
的组织光子传输模型有扩散理论和蒙特卡洛模拟。扩散理论是通过解扩散方程得到描述光子在组织中传输分布的解析解，这种方法通常只适用于当吸收系数远小于(一个数量级）散射系数的情况，面且要求探测器距离光源足够远（大于个光子自由程)，因此一般仅适用于近红外光谱谐波段；蒙特卡洛模拟本质是一种具有随机特性的方法，被用来模拟自然界中存在的随机现象或过程，在组织光学中，它是在给定光学参数(吸收系数和散射系数)的情况下，模拟大量光子发射后的传输过程，并记录每一个光子在传输过程中所发生的吸收和散射位置、次数以及最终的归循（表面透出或完全被吸收)，具有很高的精确性，且不受类似于扩散方程的限制，适用于任意光谱范国。但这种方法最大的缺点就是耗时。针对这个间题，可以采用比例法和查表法来克服。本研究利用一种逆向蒙特卡洛算法提取组织仿体光学参数(")，并消除吸收和散射对于测量荧光的作用，恢复提取组织固有荧光，以实现稳态光谱技术提取组织结构和功能互补信息。
实验部分组织仿体制备
1.1
组织仿体由三种成分混合在水中制备而成。采用人体血红蛋白(H0267，Sigma-AldrichCo.，St.Louis，MO)作为吸
基金项目：国家自然科学基金项目（60927011，61120106013，61108079，11274249)资助
作者简介：对成波，1984年生，西安交通大学生命科学与技术学院博土研究生
*通讯联系人
万方数据
e-mail; zxzhang@mail. xjtu. edu. cn
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