偏振反射光谱应用
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偏振反射光谱在生物医学 光子学中的应用
组员： 组员： 11 彭朝阳 13秦丹丹 秦丹丹 14曲 芳 曲 15冉凡鹏 冉凡鹏 16宋 鑫 宋
引言
资料显示,美国医疗机构曾对 126.8 万名癌症病例患者进 行诊断，估计其中有 55.34 万人将死于癌症 ，而这 些 病 变 超 过 85% 都 是 源 于 人 体 内 表 面的上 皮内层组织 ，并 且大多数癌症患者都经历个可治愈的癌前期阶段。 如果能得 到这个阶段的上皮内层组织 、损 伤 组 织 及 病 变 组 织 等 相关的光谱 信息并分析其从组织内部所携带的组织组分和结 构信息，得到相关癌变组织的早期机理和参数 ，同时进行针 对性临床诊断和治疗，不仅能够提高早期病人的诊断率，而 且还能提高癌症患者的存活率。早期癌症的检测一直以来都 是生物医学中研究的热点。要检测这些癌症的早期信号，现 在的临床医学必须依靠病理切片、细胞涂片等组织活检手段。 这种侵入方式的随机活检往往给患者带来了很大的疼痛，并 且检测效率很低 。光学方法因具有无创、方便快捷等特点， 所以适合用于早期癌检测 。因此反射光谱技术在生物医学上 的研究受到了广泛的关注。
高散射生物组织的线偏振度确定
2.1高散射生物组织的线偏振度确定
一束偏振光入射到高散射介质，后向扩散散 射光会形成特殊的二维空间光强分布，其分布 特征与介质的物理性质有关。通过分析高散射 介质偏振光后向散射的空间光强分布，可以反 推介质的属性特征 。用偏振光探测生物组织这 种高散射介质就是根据此方法获取组织形态结 构信 息 的 获 取 这 些 信 息 ，需 要 通 过求组 织偏振度 PL 的值，因此用线偏振度 PL 作为 诊断参数来分析生物组织特征的变化成为了一 种很好的方法 。
2.2利用偏振散射谱获取原位在体的上皮组织信 利用偏振散射谱获取原位在体的上皮组织信 息
好
对在体组织细胞结构特征的研究一直是生物 医学上一个重要的问题。能够在非入侵的情 况下定量提取在体原位活细胞中的信息，可 用于研究生物组织系统的物理过程和形态பைடு நூலகம் 化，如癌前期的病变诊断和癌 组织变化的研究。
图 9 中光源从一个宽带源（250 W 钨灯）射入，在样本上利用镜 头上的光圈重新调整焦距，使偏振入射光强 I0 在整个立体角 ∆ 0 上分散，然后在立体角 ∆ 0p和垂直ε s0 两个方向。对于一个平入 射波s 0 被散射后s 由平行偏振光 p 和垂直偏振光 s组成。
以诊断红斑皮肤组织为例， 以诊断红斑皮肤组织为例，其 平均散射系数 ms 在光学范围内 大约为 60 mm -1，各向异性因 ， 子 g≈0.85，散射传播长度 l* 约 ， 为 100 µm。 。
在皮肤组织的衍射参数 ka>1 时，消偏振长度 xL 与散射传 播 长 度 l* 方面， 相 比 前 者 穿 透 表 皮 的 厚 度 更 深 。另 一 方面，皮肤组织上的发 色团所导致的后向散射光剩余偏振度的增加与其吸收光谱带相一致。 色团所导致的后向散射光剩余偏振度的增加与其吸收光谱带相一致。 然而这些处于皮肤组织中发色团的深度， 然而这些处于皮肤组织中发色团的深度，可通过发色团的吸收谱与偏 振谱带的差异来估计
3偏振反射光谱在生物医学应用中的前景
近年来科学家对物体的偏振特性做了大量的研究工作，从而获 得物质偏振特性的规律。这些必要的理论依据和原始资料 被 用 在 了 生 物 组 织 、植 物 军 事目标、海洋、不同材料面板等方 面。 利用偏振光谱的高敏感、非侵入等特性能从根本上研究生物 组织的形态和 功 能 ，并 取 得 新 的 研 究 成 果 。对 玉米、高 粱、大豆等植物研究指出, 植物叶反射光的偏振度能包含植物叶 表层和里层信息, 偏振光谱不仅能够预测植物的长势，而且其非 偏振谱成分还可以较好地测量植物叶中的水分含量 。 在今后诊断早期白内障晶状体和糖尿病患者组织中的血糖浓度 的研究中都有着重要的发展前景。
2 偏振反射光谱原理及组织诊断
●生物组织的偏振反射光谱偏振度判别与诊断偏振效 应是散射光的一个重要特性。 若在偏振光入射的情况下，病变组织散射光和正常组 织的散射光的偏振度具有很大的差异 ，就能够利用 这样的差异，来减小组织中前 后 向 散 射 光 的 影 响 ，使 获 取 生 物组织中肿瘤的信息有更好的效果。 ●偏振度是描述偏振光性质的重要参量 。 当一束入射光经组织界面反射时, 由于平行和垂直方 向上偏振分量反射系数不同，使具有特定偏振度的 入射部分的偏振光束经界面反射 后 在 介 质 反 射 光 截 面 上 的 偏 振 度 存 在 一 定 的 分 布。特别是经 多个界面反射时, 光束偏振状态可能会发生较大变化
Contents
偏振反射光谱
1. 概况 2.原理及组织诊断 原理及组织诊断 3. 在生物医学应用中前景
1概况
♦偏振反射光谱是近年来生物医学光子学中发展迅速的一种新 型诊断组织信息技术， 型诊断组织信息技术，能对生物组 织 微 观结 构组成 进 行 快捷 准 确 的探 测 。 特点 ·强 偏 振 敏感 强 ·非 侵 入 非 ·低 成 本 低 ·快 速 快 ●在 肿 瘤的 早 期 诊断 和 在 体生 物组织的上皮黏膜检测研究 等方面具有重要的应用价值 。
组员： 组员： 11 彭朝阳 13秦丹丹 秦丹丹 14曲 芳 曲 15冉凡鹏 冉凡鹏 16宋 鑫 宋
引言
资料显示,美国医疗机构曾对 126.8 万名癌症病例患者进 行诊断，估计其中有 55.34 万人将死于癌症 ，而这 些 病 变 超 过 85% 都 是 源 于 人 体 内 表 面的上 皮内层组织 ，并 且大多数癌症患者都经历个可治愈的癌前期阶段。 如果能得 到这个阶段的上皮内层组织 、损 伤 组 织 及 病 变 组 织 等 相关的光谱 信息并分析其从组织内部所携带的组织组分和结 构信息，得到相关癌变组织的早期机理和参数 ，同时进行针 对性临床诊断和治疗，不仅能够提高早期病人的诊断率，而 且还能提高癌症患者的存活率。早期癌症的检测一直以来都 是生物医学中研究的热点。要检测这些癌症的早期信号，现 在的临床医学必须依靠病理切片、细胞涂片等组织活检手段。 这种侵入方式的随机活检往往给患者带来了很大的疼痛，并 且检测效率很低 。光学方法因具有无创、方便快捷等特点， 所以适合用于早期癌检测 。因此反射光谱技术在生物医学上 的研究受到了广泛的关注。
高散射生物组织的线偏振度确定
2.1高散射生物组织的线偏振度确定
一束偏振光入射到高散射介质，后向扩散散 射光会形成特殊的二维空间光强分布，其分布 特征与介质的物理性质有关。通过分析高散射 介质偏振光后向散射的空间光强分布，可以反 推介质的属性特征 。用偏振光探测生物组织这 种高散射介质就是根据此方法获取组织形态结 构信 息 的 获 取 这 些 信 息 ，需 要 通 过求组 织偏振度 PL 的值，因此用线偏振度 PL 作为 诊断参数来分析生物组织特征的变化成为了一 种很好的方法 。
2.2利用偏振散射谱获取原位在体的上皮组织信 利用偏振散射谱获取原位在体的上皮组织信 息
好
对在体组织细胞结构特征的研究一直是生物 医学上一个重要的问题。能够在非入侵的情 况下定量提取在体原位活细胞中的信息，可 用于研究生物组织系统的物理过程和形态பைடு நூலகம் 化，如癌前期的病变诊断和癌 组织变化的研究。
图 9 中光源从一个宽带源（250 W 钨灯）射入，在样本上利用镜 头上的光圈重新调整焦距，使偏振入射光强 I0 在整个立体角 ∆ 0 上分散，然后在立体角 ∆ 0p和垂直ε s0 两个方向。对于一个平入 射波s 0 被散射后s 由平行偏振光 p 和垂直偏振光 s组成。
以诊断红斑皮肤组织为例， 以诊断红斑皮肤组织为例，其 平均散射系数 ms 在光学范围内 大约为 60 mm -1，各向异性因 ， 子 g≈0.85，散射传播长度 l* 约 ， 为 100 µm。 。
在皮肤组织的衍射参数 ka>1 时，消偏振长度 xL 与散射传 播 长 度 l* 方面， 相 比 前 者 穿 透 表 皮 的 厚 度 更 深 。另 一 方面，皮肤组织上的发 色团所导致的后向散射光剩余偏振度的增加与其吸收光谱带相一致。 色团所导致的后向散射光剩余偏振度的增加与其吸收光谱带相一致。 然而这些处于皮肤组织中发色团的深度， 然而这些处于皮肤组织中发色团的深度，可通过发色团的吸收谱与偏 振谱带的差异来估计
3偏振反射光谱在生物医学应用中的前景
近年来科学家对物体的偏振特性做了大量的研究工作，从而获 得物质偏振特性的规律。这些必要的理论依据和原始资料 被 用 在 了 生 物 组 织 、植 物 军 事目标、海洋、不同材料面板等方 面。 利用偏振光谱的高敏感、非侵入等特性能从根本上研究生物 组织的形态和 功 能 ，并 取 得 新 的 研 究 成 果 。对 玉米、高 粱、大豆等植物研究指出, 植物叶反射光的偏振度能包含植物叶 表层和里层信息, 偏振光谱不仅能够预测植物的长势，而且其非 偏振谱成分还可以较好地测量植物叶中的水分含量 。 在今后诊断早期白内障晶状体和糖尿病患者组织中的血糖浓度 的研究中都有着重要的发展前景。
2 偏振反射光谱原理及组织诊断
●生物组织的偏振反射光谱偏振度判别与诊断偏振效 应是散射光的一个重要特性。 若在偏振光入射的情况下，病变组织散射光和正常组 织的散射光的偏振度具有很大的差异 ，就能够利用 这样的差异，来减小组织中前 后 向 散 射 光 的 影 响 ，使 获 取 生 物组织中肿瘤的信息有更好的效果。 ●偏振度是描述偏振光性质的重要参量 。 当一束入射光经组织界面反射时, 由于平行和垂直方 向上偏振分量反射系数不同，使具有特定偏振度的 入射部分的偏振光束经界面反射 后 在 介 质 反 射 光 截 面 上 的 偏 振 度 存 在 一 定 的 分 布。特别是经 多个界面反射时, 光束偏振状态可能会发生较大变化
Contents
偏振反射光谱
1. 概况 2.原理及组织诊断 原理及组织诊断 3. 在生物医学应用中前景
1概况
♦偏振反射光谱是近年来生物医学光子学中发展迅速的一种新 型诊断组织信息技术， 型诊断组织信息技术，能对生物组 织 微 观结 构组成 进 行 快捷 准 确 的探 测 。 特点 ·强 偏 振 敏感 强 ·非 侵 入 非 ·低 成 本 低 ·快 速 快 ●在 肿 瘤的 早 期 诊断 和 在 体生 物组织的上皮黏膜检测研究 等方面具有重要的应用价值 。