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CN111150401A - 一种利用探测出射光强测量组织厚度的方法 - Google Patents

一种利用探测出射光强测量组织厚度的方法 Download PDF

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CN111150401A CN201911405501.7A CN201911405501A CN111150401A CN 111150401 A CN111150401 A CN 111150401A CN 201911405501 A CN201911405501 A CN 201911405501A CN 111150401 A CN111150401 A CN 111150401A
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tissue thickness
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吕朝锋
陆明
杜洋坤
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Zhejiang University ZJU
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Abstract

本发明公开一种利用探测出射光强测量组织厚度的方法，包括以下步骤：待测组织折射率、衰减系数的获取，入射光强的测量，光源及光电探测器在组织表面粘贴相对位置的确定，光电传感器感光面积的选取，透射光强的测量。在测得透射光强数值后，利用公式计算出组织厚度。由于该方法可以和柔性LED和柔性光电探测器结合，达到实时监测组织尺寸的目的，在临床医学领域有较大的实际意义。

Description

一种利用探测出射光强测量组织厚度的方法
技术领域
本发明涉及组织光学领域，尤其涉及一种利用探测出射光强测量组织厚度的方法。
背景技术
组织厚度的测量对于某些疾病的诊断与治疗意义重大。例如对于动脉瘤，在动脉瘤尺寸较小时破裂风险很低，只需定期复查控制其在合理尺寸范围内便无大碍，而当动脉瘤尺寸增长到一定程度后破裂风险显著提高，此时便需要采取措施进行管控，如开放式手术或动脉腔内修复术进行治疗。然而目前对于组织尺寸测量的方法主要依赖CT、B超等大型医疗设备，病人需定期前往医院进行复查，且在复查间隔期间内无法获知组织尺寸信息，给病人的生命安全带来隐患。
发明内容
针对现有技术不足，本发明提供一种利用探测出射光强测量组织厚度的方法，该方法可以和当下迅速发展的柔性电子技术相结合，实现生物组织生长的实时监测目的，对生物医学领域意义深远。
一种如所述的利用探测出射光强测量组织厚度的方法，该方法具体包括如下步骤：
S1：获取待测组织的折射率、衰减系数；
S2：将光源及光电探测器对贴，检测所述的光源的入射光的光强；
S3：将光源及光电探测器分别贴于待测组织的前后两侧，且所述的光源发出的光的路径垂直于所述的待测组织表面，被所述的光电探测器接收，所述的光源为单一波长的光，所述的光电探测器的感光面积不大于所述的光源的入射光斑的面积；
S4：检测所述的光电探测器的出射光光强；
S5：根据公式
Figure BDA0002348517040000011
计算出组织厚度，式中d为组织厚度，r为光从介质1入射到介质2时在界面处的反射系数，μt为入射光在待测组织中的衰减系数，E0为记录的入射光强，Et为探测的出射光强，n1为组织外部物质折射率，n2为待测组织折射率。
进一步地，所述的待测组织的折射率、衰减系数通过实验标定或文献查找获取。
进一步地，所述的入射光源波长为633nm。
进一步地，所述的光源为柔性LED光源，所述的光电探测器为小型超薄柔性光电探测器。
本发明的有益效果如下：
本发明提出的利用探测出射光强变化监测组织厚度变化过程的方法，该方法依据组织光学相关理论，可以通过测量透射出组织的光强计算出组织厚度。目前柔性电子领域技术发展较快，与生物组织相兼容的柔性光源和柔性光电探测器均能通过柔性电子技术制备获得，运用本发明提出的方法，结合柔性电子技术，能够达到实时监测组织厚度的目的。监测组织厚度对于某些疾病的诊断与预防至关重要，因此，本发明提出的方法对生物医学领域意义深远。
附图说明
图1是本发明的入射光源及光电探测器在待测组织上的粘贴位置示意图。
图中：1、光源，2、光电探测器，3、生物组织。
具体实施方式
下面根据附图和优选实施例详细描述本发明，本发明的目的和效果将变得更加明白，应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种利用探测出射光强测量组织厚度的方法，首先通过实验标定或文献查找的方法确定待测组织折射率、衰减系数，根据待测组织特性选取入射光源及光电探测器，记录入射光强，把光源及光电探测器粘贴于组织两侧，粘贴位置如图1所示，利用光电探测器测量透射光强变化，根据公式计算出对应透射光强下组织厚度。
为了通过公式根据光电探测器探测到的透射光强计算出组织厚度，组织的折射率及对入射光波长的衰减系数需要通过实验标定的方式或文献查找的方式确定。
为了使进入组织的光不被组织强烈吸收大幅衰减，在同样的入射光强条件下获得更大透射光强，所述入射光源波长选择组织光学窗波段范围，优选的，选择633nm波长光源。
为了使该方法能够应用于生物体内，光源选择柔性LED光源，光电探测器选用小型超薄柔性光电探测器，且由于光电探测器感光面积足够小，LED发出被光电探测器接收到的光可以视为准直光束。
所述方法按照如下具体步骤：
S1、通过实验标定或查阅资料等手段获得待测组织折射率、衰减系数等相关信息；
S2、用超薄、小型化柔性光电探测器测量柔性LED发光强度，该光电探测器与光源紧贴，尽量位于光源中心处，模拟LED与组织接触时的情况，将所得光强记录为E0，柔性LED选单色光源，此处选择波长为633nm波长光源；
S3、将柔性LED贴于组织一侧，并使其以以常亮的方式发光；
S4、将超薄、柔性、小型化柔性光电探测器贴于组织另一侧，正对柔性LED光源位置，光源及光电探测器在组织表面粘贴位置如图1所示，记录光电探测器探测的透射光强数值，记为Et；
S5、根据公式：
Figure BDA0002348517040000031
通过测量所得透射光强，计算出组织的厚度。
为了让大家更好地理解步骤S5中公式的由来，下面附上公式推倒时的想法及步骤。当光垂直入射到组织表面时，在界面处会有一部分光发生反射，反射系数为r，
Figure BDA0002348517040000032
故而透射部分光强为E1＝E0(1-r)，透射进组织内部的光强，在沿着组织内部传输时，光强会由于吸收和散射随着组织中传输距离的增加而衰减，根据比尔定律，组织内部光强随入射深度的变化规律为：
Figure BDA0002348517040000033
其中，x为光在组织中入射的深度，入射处x＝0，设组织厚度为d，光透射到组织另一侧边界处时，光强变为
Figure BDA0002348517040000034
光到达另一侧边界处后，一部分反射回组织内部继续与组织发生相互作用，一部分透射出组织，假设该侧组织外部物质与入射光侧组织外部物质相同，则反射系数也相同，为r，透射出组织这一部分光强为
Figure BDA0002348517040000035
经过公式变换，得到组织宽度与透射光强的关系为
Figure BDA0002348517040000036
式中d为组织厚度，r为光在组织外部入射到组织内部的反射系数，μt为入射光在待测组织中的衰减系数，E0为记录的入射光强，Et为探测的出射光强，n1为组织外部物质折射率，n2为待测组织折射率。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为发明的优选实例而已，并不用于限制发明，尽管参照前述实例对发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实例记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在发明的精神和原则之内，所做的修改、等同替换等均应包含在发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用探测出射光强测量组织厚度的方法，所述的组织表面入射光束远远小于组织尺寸，入射光束为准直光束，包括以下步骤：
S1：获取待测组织的折射率、衰减系数；
S2：将光源及光电探测器对贴，检测所述的光源的入射光的光强；
S3：将光源及光电探测器分别贴于待测组织的前后两侧，且所述的光源发出的光的路径垂直于所述的待测组织表面，被所述的光电探测器接收，所述的光源为单一波长的光，所述的光电探测器的感光面积不大于所述的光源的入射光斑的面积；
S4：检测所述的光电探测器的出射光光强；
S5：根据公式
Figure FDA0002348517030000011
计算出组织厚度，式中d为组织厚度，r为光从介质1入射到介质2时在界面处的反射系数，μt为入射光在待测组织中的衰减系数，E0为记录的入射光强，Et为探测的出射光强，n1为组织外部物质折射率，n2为待测组织折射率。
2.根据权利要求1所述利用探测出射光强测量组织厚度的方法，其特征在于，所述的待测组织的折射率、衰减系数通过实验标定或文献查找获取。
3.根据权利要求1所述利用探测出射光强测量组织厚度的方法，其特征在于，所述的入射光源波长为633nm。
4.根据权利要求1所述利用探测出射光强测量组织厚度的方法，其特征在于，所述的光源为柔性LED光源，所述的光电探测器为小型超薄柔性光电探测器。
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