一種生物組織光學(xué)特性的檢測裝置和檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)檢測裝置和檢測方法，尤其是涉及一種生物組織光學(xué)特性的檢測 裝置和檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 生物組織的光學(xué)傳輸特性已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生物多種特征、參數(shù)的快速、無損檢 測。比較典型的應(yīng)用在人體血糖無創(chuàng)檢測、人體血氧無損檢測，近年也也逐步在水果、蔬菜 等農(nóng)副產(chǎn)品組織檢測中應(yīng)用。
[0003] 在組織光學(xué)傳輸特性測量中兩個(gè)重要的光學(xué)性質(zhì)的參數(shù)是吸收系數(shù)和約化散射 系數(shù)。吸收系數(shù)可以定量分析相樣本組成或發(fā)色團(tuán)的含量，約化散射系數(shù)可以提供樣本的 微觀結(jié)構(gòu)信息。根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，傳統(tǒng)用于檢測光學(xué)傳輸特性的技術(shù)可以分為時(shí)間分辨、頻域 分辨和穩(wěn)態(tài)連續(xù)光三種。然而，時(shí)間分辨和頻率分辨光測量方法需要大量的昂貴設(shè)備支持 和受到檢測環(huán)境的制約。最近，穩(wěn)態(tài)連續(xù)光中預(yù)測空間漫反射也測試組織樣本的光學(xué)特性 逐步得到應(yīng)用，并被認(rèn)為是一個(gè)較為簡便的選擇方案。
[0004] 常規(guī)的連續(xù)波空間漫反射測量用CCD相機(jī)及鏡頭或光纖在不同的徑向距離捕捉 漫反射。測量裝置的缺點(diǎn)是設(shè)備體積大，也不能作為快速和在線檢測方法。同時(shí)，光纖的移 動(dòng)或CCD相機(jī)振動(dòng)將引起較大測量誤差，同時(shí)系統(tǒng)在每次初始化階段每次都需校準(zhǔn)。隨著 光纖技術(shù)的發(fā)展，可以在一個(gè)探頭整合多股子光纖。
[0005] 光纖探頭穩(wěn)態(tài)連續(xù)光方法結(jié)合了光纖檢測的無損，快速，便攜和低成本的優(yōu)點(diǎn)，基 于光纖探頭的光學(xué)傳輸特性分析方法任然值得進(jìn)一步探宄，并需進(jìn)一步研宄光學(xué)性質(zhì)的準(zhǔn) 確估計(jì)方法。麥克斯韋方程組能精確描述光在組織中傳播波，但有很多的局限性，方程無工 程解。另一種方法是輻射傳輸方程描述光子能量的分布，但是找出輻射傳輸方程在數(shù)學(xué)上 解是不可能的。為了得到輻射傳輸方程的簡單的解決方案，擴(kuò)散近似（DT)是用于逼近輻射 傳輸方程。而DT要求被測組織有較大的散射和較低的低吸收。集成光纖探頭中的測量光 纖距離非常接近，總距離只有幾個(gè)毫米，而DT在這么短的距離內(nèi)近似，將造成大量應(yīng)用的 近似誤差。另一個(gè)思路是通過隨機(jī)方式模擬光在組織中的傳播，即MonteCarlo模擬數(shù)值 方法（MC)，該方法可配置的樣本形狀和樣品的組織光學(xué)性質(zhì)，并被應(yīng)用于許多領(lǐng)域。但MC 方法需要花費(fèi)大量的時(shí)間來保證模擬精度，且不能滿足快速、在線檢測的需要?；贛C的 查表法可節(jié)省計(jì)算時(shí)間，在模擬過程中，隨機(jī)噪音將干擾光的傳播性質(zhì)。然而，集成探頭的 漫反射光對一次或幾次MC模擬中的的隨機(jī)噪聲特別敏感，降低的光學(xué)傳輸性能預(yù)測方法 的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于提供一種生物組織光學(xué)特性的檢測裝置和檢測方法，是基于空 間漫反射探頭，該探頭集成了七個(gè)子探測光纖并將這些光纖按照一線放置在同一個(gè)探頭平 面，因?yàn)槊總€(gè)子光纖探頭之間的距離是固定的，故消除了徑向距離的誤差，以解決現(xiàn)有技術(shù) 光學(xué)特性檢測穩(wěn)定性差的技術(shù)問題。
[0007] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：
[0008] 一、一種生物組織光學(xué)特性的檢測裝置：
[0009] 本發(fā)明包括：鹵鎢光源、照明光纖、N根接收光纖、探頭、載物臺、切換器、光譜儀和 計(jì)算機(jī)；鹵鎢光源與照明光纖的一端相連，照明光纖的另一端和多根接收光纖的一端分別 與探頭連接，探頭垂直放置于待測樣本表面，待測樣本放置于載物臺上，N根接收光纖的另 一端與切換器相連，切換器與光譜儀相連，光譜儀與計(jì)算機(jī)的USB口相連，計(jì)算機(jī)的第一個(gè) 串口與鹵鎢光源控制串口相連，計(jì)算機(jī)的第二個(gè)串口與切換器控制串口相連，光學(xué)傳輸特 性數(shù)據(jù)處理軟件安裝于計(jì)算機(jī)中。
[0010] 所述照明光纖和多根接收光纖的芯徑均為200ym，數(shù)值孔徑為0. 22,照明光纖和 多根接收光纖呈一字型排列，每條光纖間的間距為〇. 437mm。
[0011] 所述N根接收光纖為2?6條。
[0012] 所述鹵鎢光源型號為海洋HAL-2000鹵鎢光源；切換器型號為海洋MAM2000切換 器；光譜儀型號為海洋QE65pro光譜儀；計(jì)算機(jī)型號為IPC-610L-MB計(jì)算機(jī)。
[0013] 二、一種生物組織光學(xué)特性的檢測方法，該方法包括以下步驟：
[0014] 步驟1. 1)計(jì)算機(jī)的第一個(gè)串口向鹵鎢光源控制串口發(fā)送S1命令，照明光纖被點(diǎn) 殼；
[0015] 步驟1. 2)照明光纖經(jīng)探頭照到待測樣本通過N根接收光纖將待測樣本的空間漫 反射光傳送到切換器；
[0016] 步驟1. 3)計(jì)算機(jī)的第二個(gè)串口向切換器控制串口發(fā)送S2命令，切換器切換一路 光源進(jìn)入光譜儀；
[0017] 步驟1. 4)光譜儀采集一路光源的光譜信號，并通過USB口發(fā)送到計(jì)算機(jī)；
[0018] 步驟1.5)重復(fù)步驟1.3)和步驟1.4)，切換器對N根接收光纖進(jìn)行切換，并將N 根接收光纖接收的光譜信號全部采集完成，并通過USB口發(fā)送到計(jì)算機(jī)；
[0019] 步驟1. 6)計(jì)算機(jī)根據(jù)光學(xué)傳輸特性數(shù)據(jù)處理軟件分析待測樣本的光學(xué)特性。
[0020] 所述光學(xué)傳輸特性數(shù)據(jù)處理軟件的處理流程包括：
[0021 ] 步驟2. 1)使用脂肪乳注射液和印度墨水，按照《DesignandPerformance ValidationofPhantomsUsedinConjunctionWithOpticalMeasurementsofTissue)) 手冊的內(nèi)容，配制吸收系數(shù)和約化散射系數(shù)均在特定范圍內(nèi)的定標(biāo)幻影，使用生物組織光 學(xué)特性的檢測裝置采集所有定標(biāo)幻影組織空間漫反射光強(qiáng)信號；
[0022] 步驟2. 2)將所有定標(biāo)幻影測得的空間漫反射光強(qiáng)數(shù)據(jù)，使用RLS-DLA冗余字典訓(xùn) 練算法訓(xùn)練出一冗余字典矩陣Aen*m，其中n為漫反射光強(qiáng)信號數(shù)據(jù)，字典中的每個(gè)列為 一個(gè)原子，m為原子個(gè)數(shù)；設(shè)某一漫反射光強(qiáng)信號為b，對其進(jìn)行稀疏分解，求其稀疏表示系 數(shù)x:
[0023]Ax=b
[0024] 此問題等效于求解：
[0025]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種生物組織光學(xué)特