光在分层平板生物组织中的稳态传输模型分析-analysis of steady-state transmission model of light in layered plate biological tissues.docxVIP

5. Using the diffuse equation, compares different parameter changes the diffuse results under, summarizes the general rule of diffuse equation.Keywords:Transport theoryorganization opticalmulti-layerorganization diffusion equationsboundary conditionsMonte Carlo simulation.1绪论1.1 引言光在生物组织中传输模型、验证方法和手段以及相应的反演算法提取组织的光学特性，是组织光学研究的热门问题和重点问题之一。如果我们能够分析和确定表面组织的光学特性，我们能够确定是否生物活组织产生了病理变化，因而我们可以实现生物活组织的无损探测[1]。目前对于光在单层和两层半无限厚介质的生物组织中传播的光学特性的研究已经比较深入，然而由于生物组织的多样性和复杂性,对于某一生物样品,实际上由多层组织形成.Kienle等人[2，3]建立和研究了两层介质模型。在他们的总结中，指出生物组织有多层结构，将多层结构介质变成两层介质模型，要非常仔细的调查和研究，而且这一点是非常严格的。Dehghani et al等人[4]认为头骨有四层介质组成。Lohwasser等人[5]认为头骨由五层介质组成。KevinG.Phillips[6]等人使用PN近似研究了分层介质模型。而人体表面也是由多层介质构成的，如果有多层模型，可以解决实际生物组织的问题，目前，对于多层介质，人们只是使用比较费时的蒙特卡罗（Moonte-Carlo）模拟进行研究，因而我们提出光在多层生物组织中的传输模型和光学特性的研究，建立多层匹配和不匹配介质多层平板（layeredslabs）稳态模型，也可以进一步研究时域、频域模型，同时使用相应的蒙特卡罗模拟进行验证。此类方法对复杂介质的高散射理论建模和数值计算具有明显的学术价值。目前，由于半无限厚介质模型和两层介质模型研究比较透彻，人们使用这些模型研究或提取生物组织的光学特性，研究这些特性的实验手段和和提取方法，为获取无损探测生物组织的光学特性奠定基础，如获取血糖浓度等。如果研究多层介质和多层平板模型，可以更好和更全面的研究生物组织的光学特性，对全面研究生物组织具有指导意义很多研究人员对镶嵌在半无限厚介质模型和两层介质模型进行了大量的成像研究，这些研究为探索成像方法和制备工具和仪器提供了明确的理论指导，因此，本课题的研究，对成像方法，医疗设备的生产和研制具有明确的指导意义。1.2 国内外研究的现状、水平及发展趋势（1）传输模型.光通过各向同性介质中传输的光漫射方程的解被用来提取类似组织的高散射介质中的吸收和约化散射系数（thereducedscatteringcoefficients）。R.C.Haskell[7]建立和阐述了单层半无限厚介质的漫射方程，并建立了外推边界条件、零边界条件和部分流边界条件三种边界条件的解。K.M.Yoo等人[8]用实验手段和计算手段讨论单层平板介质，谈论其厚度与漫射方程的关系,说明薄片很薄时漫射方程无效。Dayan等人[9]建立了两层介质的近似模型，可以解决两层介质问题的近似解，Kienle等人[2，3]推导出了连续波、时域和频域两层介质漫射模型的解的模型，和Dayan等人的近似模型不一样，Kienle等人[2，3]使用外推边界条件，建立了严格的模型，同时Kienle等人采用逆向方法获取两层介质模型的光学参数，在他们的文章总结中，指出生物组织有多层结构，将多层结构介质变成两层介质模型，要非常仔细的调查和研究，而且这一点是非常严格的，并指出建立多层介质模型可能性和必要性。Alexandrakis等人[10]鉴于漫射模型在近距离处的问题，研究了蒙特卡罗和漫射混合模型研究了频域的两层介质模型，此方法是在近距离处采用蒙特卡罗模拟，在远距离处使用的是漫射方程。他们采用的是Kienle等人[2，3]两层膜型。，Hielscher等人[11]使用数值和实验方法研究了各种不同分层介质的时间分辨漫反射（time-resolvedreflectance），主要研究最上层介质的光学参数对时间分辨漫反射的影响，也讨论了提取各向同性光学参数的手段和方法。Tualle等人[12]计算了分层介质实空间（real-space）的解，他们采用两层半无限厚介质模型，Kienle等人和Tualle等人都使用了严格的边界条件，实际上，他们的解是等效的.2002 年，FabrizioMartellietal.[13]研究了三层平板问题的时域近似解，他们仅仅研究匹配介质，没有解决不匹配介质问题