Author Affiliations
Abstract
1 Graduate School of Engineering, Osaka University, Yamadaoka 2-1, Suita, Osaka 565-0871, Japan
2 Global Center for Medical Engineering and Informatics, Osaka University, Yamadaoka 2-2, Suita, Osaka 565-0871, Japan

Accurate determination of the optical properties of biological tissues enables quantitative understanding of light propagation in these tissues for optical diagnosis and treatment applications. The absorption (μa) and scattering (μs) coefficients of biological tissues are inversely analyzed from their diffuse reflectance (R) and total transmittance (T), which are measured using a double integrating spheres (DIS) system. The inversion algorithms, for example, inverse adding doubling method and inverse Monte Carlo method, are sensitive to noise signals during the DIS measurements, resulting in reduced accuracy during determination. In this study, we propose an artificial neural network (ANN) to estimate μa and μs at a target wavelength from the R and T spectra measured via the DIS to reduce noise in the optical properties. Approximate models of the optical properties and Monte Carlo calculations that simulated the DIS measurements were used to generate spectral datasets comprising μa, μs, R and T. Measurement noise signals were added to R and T, and the ANN model was then trained using the noise-added datasets. Numerical results showed that the trained ANN model reduced the effects of noise in μa and μs estimation. Experimental verification indicated noise-reduced estimation from the R and T values measured by the DIS with a small number of scans on average, resulting in measurement time reduction. The results demonstrated the noise robustness of the proposed ANN-based method for optical properties determination and will contribute to shorter DIS measurement times, thus reducing changes in the optical properties due to desiccation of the samples.

Absorption coefficient scattering coefficient bio-tissue tissue spectroscopy noise reduction 
Journal of Innovative Optical Health Sciences
2023, 16(6): 2350012
作者单位
摘要
1 华北科技学院基础部, 北京 101601
2 河北工业大学电气与自动化学院, 天津 300130
3 浙江海洋学院数理与信息学院, 浙江 舟山 316000
分析了聚焦光束在介质中的传播情况,利用VC++语言编制了一套平圆光束聚焦在半无限大生物组织内传播的Monte Carlo模拟程序,对几种不同参数值的情况进行了模拟,通过对模拟结果的分析,得出了平圆光束聚焦在半无限大生物组织内传播的规律。
生物光学 生物组织 聚焦光束 Monte Carlo模拟 吸收光子数密度 
光学学报
2012, 32(4): 0417002
作者单位
摘要
1 华南师范大学激光生命科学教育部重点实验室,广东 广州 510631
2 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室,福建 福州 350007
研究了经低频超声波和促渗剂处理后的猪皮组织在波长为400~860nm 范围内随时间变化反射光谱特性的变化及各组于580nm 处分别在0~15min和15~30min时间段各组反射光谱的改变程度。实验采用带积分球附件的AvaSpec-2048光纤光谱仪测量系统。结果表明:在波长为400~860nm 范围内,空白对照组在整个过程中组织的反射光谱变化比较少;经超声波处理后组织对光的反射率在0~15min内是增加的,而且变化相对明显,但随着距超声波停止处理的时间加长,组织对光的反射率又慢慢恢复原状;经80%甘油处理组相对于空白对照组反射率减少得比较快;经超声波和80%甘油处理后组织的反射率变化最明显,特别是在0~15min内下降速度最快,而且对于波长580nm 处在0~15min时间内第4组组织反射率的变化的速率与其他组在相同时间段内比较是:为第1组的约4.0倍和第3组的约2.3倍(在0~15min时间内),第1组组织反射率减少了1.896%;第3组组织反射率减少了3.316%;第4组组织反射率减少了7.551%。从上面的结果发现,超声波和促渗剂80%甘油对皮组织的光透明性不仅具有协同效应,而且可以使皮组织在短时间改善光透明性。
光学透明 甘油 低频超声波 反射光谱 生物组织 Optical clearing Glycerol Low-frequency ultrasound Reflectance characteristics Bio-tissue 
光谱学与光谱分析
2009, 29(12): 3190
作者单位
摘要
1 华中科技大学激光技术与工程研究院,武汉,430074
2 黄石理工学院医学院,湖北,黄石,435003
激光气化生物组织是激光医学应用中的重要方面.探索激光参数对气化效率的影响是激光生物医学的重要研究内容.本文实验研究了532nm、1064nm和1320nm脉冲激光气化离体猪肝脏组织的试验效应,对比三种激光在不同频率、不同脉宽下的气化深度和热损伤深度,结果表明:在气化含血组织中,脉冲532nm脉冲激光的气化效率最高,热损伤区域最小.
激光 生物组织 气化效率 laser bio-tissue ablation efficiency 532nm 532nm 
应用激光
2005, 25(6): 416
作者单位
摘要
1 浙江理工大学生命科学学院,浙江 杭州 310018
2 北京交通大学物理系,北京 100044
为了解高渗溶液渗透特性对生物组织的光学透明进程的影响,探索光透明剂的安全有效浓度,用近红外反射光谱和相干光断层成像(OCT)研究了两种光透明剂丙三醇(甘油)和二甲亚砜(DMSO)以及二者的混合溶液[体积分数为80%的甘油水溶液,50%的DMSO水溶液,50%的甘油+20%的DMSO水溶液(GD1)和50%的甘油+30%的DMSO水溶液(GD2)]对胃黏膜组织的光学透明作用。结果表明,这四种溶液都能显著增强近红外光在胃黏膜组织中的穿透能力,光学透明的能力由低到高依次为体积分数为50%的DMSO,80%的甘油,GD1和GD2。发现生物组织光透明进程的快慢和效果与光透明剂的渗透所导致的组织的失水速率和程度成正比。
医用光学和生物技术 光透明 近红外反射光谱 相干光断层成像 生物组织 
中国激光
2005, 32(5): 717
作者单位
摘要
1 Department of Thermal Engineering,Tsinghua University,Beijing 100084,China
2 Cryogenic Laboratory,The Chinese Academy of Sciences,Beijing 100080,China
laser medicine bio-tissue thermal interaction heat transfer heterogeneous thermal properties multiplayer model apparent conductivity 
Chinese Journal of Lasers B
2002, 11(3): 233
作者单位
摘要
天津大学理学院国家教育部光电子信息工程开放实验室, 天津 300072
研究了生物组织中散射光子程长的概率分布函数P(l)及其一阶统计性质, 并由P(l)导出了二阶统计量漫射光时间自相关函数g1(τ)的表达式, 讨论了影响g1(τ)衰减快慢的因素。
生物组织 光子迁移 程长概率分布 散射。 
光学学报
2000, 20(2): 224
作者单位
摘要
南开大学物理科学学院光子学中心, 天津 300071
生物组织光学是关于光辐射与生物组织相互作用的学问,是生物医学光子学技术的理论基础。本文从生物组织的光传输模型、特性参数测量方法、成像技术和光谱研究四个方面阐述了生物组织光学的状况及未来发展方向。
生物组织 漫射模型 成像方法 蒙特-卡罗模型 
激光与光电子学进展
1999, 36(11): 36

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