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专利号: 2024100612478
申请人: 哈尔滨理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-10-21
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于所述方法基于测量装置实现:所述测量装置包括:NKT短脉冲连续光源(1)、分光镜(2)、可变中性密度衰减器(3)、第一干涉滤波器(4)、第二干涉滤波器(5)、光电探测器(6)以及数据采集处理系统(7),所述第一干涉滤波器(4)包括w个滤波片;

所述方法包括以下步骤:

步骤一:开启NKT短脉冲连续光源(1),NKT短脉冲连续光源(1)输出的白光通过分光镜(2)和可变中性密度衰减器(3)后,分解为单色光,单色光通过第一干涉滤波器(4)后,得到第一干涉滤波器(4)当前滤波片产生的脉冲激光,即当前光谱下的脉冲激光,脉冲激光从生物组织(8)的表面垂直入射,最后通过第二干涉滤波器(5)和光电探测器(6)采集生物组织(8)表面的反射辐射测量信号;

步骤二:重复步骤一,得到第一干涉滤波器(4)中w个滤波片对应的反射辐射测量信号,并将w个反射辐射测量信号发送至数据采集处理系统(7),数据采集处理系统(7)对反射辐i射测量信号进行处理,得到生物组织(8)表面的反射辐射测量信号M,其中,i=1,2,...w;

步骤三:选取第i个光谱下的脉冲激光,设生物组织(8)中光谱参数场的分布值初值为之后将 带入时域辐射传输方程,得到当前脉冲激光入射下,生物组织(8)表面的反射i辐射信号 然后,利用 与步骤一中的出射辐射信号M,得到初始目标函数步骤四:基于初始目标函数 并利用共轭梯度法更新生物组织(8)中光谱参数场的分布值,得到第k步迭代得到的光谱参数场的分布值 表示为:i

其中,k表示迭代次数,Δμ表示光谱参数场的改变量, 表示第k次迭代得到的光谱参数场的分布值, 表示k‑1次迭代得到的光谱参数场的分布值;

步骤五:将光谱参数场的分布值 带入时域辐射传输方程,得到更新后的反射辐射信i i i i i i号P(μ),之后,利用P(μ)步骤一中的反射辐射信号M ,得到更新后的目标函数F(μ),最后i i判断目标函数F(μ)是否小于设定的极少值ε,若目标函数F(μ)小于设定的极少值ε,则执行步骤七,否则,执行步骤六;

步骤六:判断当前迭代次数是否达到最大迭代次数K,若当前迭代次数达到最大迭代次数K,则使当前的光谱参数场分布值作为初值 重新执行步骤三,即令 若当前迭代次数未达到最大迭代次数K,则执行步骤四,令k=k+1;

步骤七:当前迭代得到的光谱参数场的分布值 即为第i个光谱下光谱参数场的分布值;

i

步骤八:重复步骤三至步骤七,得到w个不同光谱下,所有光谱参数场的分布值μ;

i

步骤九:获取μ的光谱吸收系数 之后将典型生物组织重要组分宽光谱吸收光谱与光谱吸收系数 进行线性拟合,并对组织成分进行量化处理,得到脱氧血红蛋白含量HHb、氧合血红蛋白含量O2Hb、血红蛋白总含量THb和血氧饱和度StO2,以及水分含量H2O、脂质含量Lipid和胶原蛋白含量Collagen中的一种或多种,即完成生物组织组分信息测量。

2.根据权利要求1所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于,所述时域辐射传输方程表示为:其中,r表示位置,c表示组织介质内的光速,t表示时间,表示偏微分符号, 表示哈密i顿算子,I (r,Ω,t)表示第i个光谱下r位置t时刻沿着Ω方向的辐射强度, 和 分别表示i i i光谱吸收系数和光谱散射系数,β (r)表示衰减系数,g表示散射非对称因子,Φ (Ω′,Ω)表示散射相函数,d表示微分符号,Ω′表示辐射方向,π表示圆周率。

3.根据权利要求2所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于,所述初始目标函数 表示为:i

所述更新后的目标函数F(μ)表示为:

其中, 表示待侧光谱参数场,

4.根据权利要求3所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于,所述利用共轭梯度法更新生物组织(8)中光谱参数场的分布值表示为:其中, 表示第w个光谱的第k次迭代的步长, 表示第w个光谱第k次迭代的下降方向。

5.根据权利要求4所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于,所述血红蛋白总含量THb表示为:THb=HHb+O2Hb。

6.根据权利要求5所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于:所述血氧饱和度StO2表示为:StO2=O2Hb/THb。

7.根据权利要求6所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于:所述w≥10。

8.根据权利要求1所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于:所述NKT短脉冲连续光源(1)输出的光谱范围为500—1250nm。

9.根据权利要求1所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于:所述光电探测器(6)为硅光电倍增管。

10.根据权利要求1所述的基于时域宽光谱测量的生物组织组分信息测量方法,其特征在于:所述光电探测器(6)为雪崩二极管。