基于谱域光学相干反射法的生物组织折射率测量技术研究

【摘要】：从上世纪90年代开始，科学家初步建立了光在生物组织中传播的数学模型，为后人研究提供了理论依据，但其理论尚未完善。生物组织的折射率是其重要的光学性质。生物组织光学性质的研究，包括折射率测量的方法和技术正处于发展阶段。近年来，光纤生物传感技术为其测量开辟了新的道路。 论文首先阐述了生物组织折射率的涵义，然后分析了生物组织折射率测量技术与光学低相干技术在国内外发展的现状与不足，提出了基于谱域光学相干反射法(Spectral Domain-OpticalCoherence Reflectometric, SD-OCR)的生物组织折射率测量技术，并设计了共光路干涉结构，提高了测量速度，抗干扰能力强。其中，中心波长为850nm，半峰带宽为23.5nm的超辐射发光二极管(Super Luminescent Diode, SLD)宽带光源发射的光，经Y型耦合器传输到样品端，由样品反(散)射后，回射入样品臂，经Y型耦合器传输到以闪耀光栅为核心分光元件，线阵CCD相机为光电探测器的光谱分析系统，并使用相机内置的A/D转换器与USB通用串行接口与计算机构建虚拟仪器系统，基于LabVIEW虚拟仪器开发软件编写数据采集，信号处理等应用程序，实现了连续数据采集、像元-波长转换、快速傅里叶变换(FFT)以及波峰检出等算法，完成测量系统的构建与优化。 对构建的实验系统进行了实验验证，与理论计算结果相符。使用标准K9玻璃样片作为样品进行验证实验，证明系统精度达到10-3量级，实验误差为0.29%。然后制作黄瓜浅表组织样品切片，实际测量了黄瓜浅表组织在850nm波长处的折射率，测量时间小于1分钟。最后对该系统技术用于测量折射率非均匀的组织样品的可行性进行了讨论。