基于光声效应的生物组织物理特性研究

来源 :上海理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xkd19890528
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生物组织病理状态的变化往往导致生物组织物理特性的变化,因此生物组织物理特性参数可以有效的表征生物组织的病理状态。通过对组织物理特性的研究,可以为相关疾病的诊断与预防提供关键性信息。组织光声信号是由激光照射生物组织时产生的,根据光声效应以及振动与波的原理可知,组织光声信号和组织的物理特性之间存在着相应的联系,那么通过对生物组织光声信号的研究就可以实现对生物组织病理状态的参数量化。为了实际探索组织光声信号与其物理特性的关系,本文主要做了以下工作:首先,在理论上,推导出了组织的弹性特性与光声信号频率之间、以及组织的阻尼特性与光声信号的时域特征之间的关系,根据关系公式使用MATLAB仿真得到光声信号参数的理论变化情况;其次,搭建基于光纤传播的声分辨光声显微成像系统,在此基础上对200μm宽黑格子和小鼠耳朵进行成像实验,黑格子成像的宽度约为200μm,与实际值相符合,小鼠耳朵成像图中可以清晰的看到皮肤下毛细血管的分布;然后,制作浓度分别为6%、8%、10%、12%、14%的实验样本,利用搭建好的实验平台分别研究不同振荡源情况下光声效应所产生的光声信号的频率,同时对样本的弹性模量进行测量,实验结果表明随着样本弹性模量的增大,光声信号的频率也逐渐变大,而且样本的弹性模量与信号频率的平方呈线性相关,且线性相关度与理论计算结果相符合;最后,在振荡源相同的情况下研究不同硬度组织模型对振荡所产生的阻尼效应,实验结果表明外周组织硬度越大,振荡源的振荡衰减速度越快,光声信号的峰值衰减系数越大,衰减所用时间越来越少。总而言之,本文基于声分辨光声显微系统,在理论和实验方面通过研究光声信号的时域和频域特性探究组织的弹性特性,使用具体参数量化组织弹性特性,为后期的光声弹性成像奠定理论基础。本文在理论和实验的基础上研究了组织仿体的弹性特性与光声信号之间的联系,下一步要展开对动物组织、血管仿体的弹性测量,并继续组织固有振荡频率与弹性模量理论的探究,最终实现组织的光声弹性成像。
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