面向肿瘤检测的近红外成像系统设计

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人体组织对近红外光的不同波段有着不同的吸收作用，故而本课题可以使用制
作的近红外光源对仿体组织进行照射，并经过探头上的探测器收集光信号数据，最
后通过计算机技术对光信号进行数据处理整合，得到仿体内部的断层图像，以分析
是否存在肿瘤区域。从光学检测的严谨性来说，人体组织对近红外光的吸收和散射
主要原因在于组织内的水和血红蛋白，而从己有的研究中得知血红蛋白对组织内近
红外光的吸收率远远高于水，又从上图中可知两种血红蛋白在近红外波段分别存在
各自的吸收峰值，故只需选择合适波长的近红外光，即可忽略水对成像探测实验的
影响。黄禄华教授等人早在2000年左右即实验证实了哺乳动物的肌肉组织以及脂
肪组织等对近红外光的散射能力、吸收能力乃至衰减能力都偏低，跟血液等组织对
近红外的高散射性也大不相同，所有对本论文中的成像系统检测也影响很小。

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根据激励光源和测量方式的不同，近红外光技术测量方法有连续波光谱技术、
时间分辨光谱技术和频域调制光谱技术这三种大的分类。连续波测量方法属于稳态
测量，用稳定的光源作为信号激励直接照射于被测目标的表明，通过设置在同一平
面上的检测器测量被仿体组织散射和吸收后出射光的光强，转化为对应的电压量，
经过信号处理和运算，便可以得到能够反应仿体内部的各个光学参量的物理分布。
该方法的优势在于仪器设计较为简单，而且成本较低，但是前人的设计的设备大多
分辨率太低而没有得到较好的结果。第二种时间分辨率方法的成像分辨率得到了很
大的提高，但是需要高精密的仪器，包括飞秒级的脉冲激光系统以及同步扫描相机，
可以测量得到光强的积分量，光子飞行的平均时间还有时间点扩展函数等。虽然其
分辨率和测量精度都很高，可是设备的复杂性和昂贵程度使得目前研究者这方面的
研究普遍较少。最后一种频域调制方法关注的是入射光光强、相位以及其调制强度，
成本要求虽然低于时间法，但是仍然需要可以实现频率调制功能的二极管激光器，
仪器难以实现小型化。综上所述，在考虑到系统的小型化、成本以及可实现性种种
方面以后，显然第一种连续光检测技术是最符合本课题要求的方法。

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