光谱学与光谱分析
光譜學與光譜分析
광보학여광보분석
SPECTROSCOPY AND SPECTRAL ANALYSIS
2014年
4期
942-946
,共5页
董艳飞%卢启鹏%丁海泉%高洪智
董豔飛%盧啟鵬%丁海泉%高洪智
동염비%로계붕%정해천%고홍지
近红外光谱%无创生化检测%蒙特卡罗模拟%最佳探测距离%组织光学
近紅外光譜%無創生化檢測%矇特卡囉模擬%最佳探測距離%組織光學
근홍외광보%무창생화검측%몽특잡라모의%최가탐측거리%조직광학
Near-infrared spectrum%Non-invasive biochemical detection%Monte Carlo simulation%Best detector-distance%Tissue optics
人体内各种血液生化成分含量的变化是评价健康状况的重要信息。人体皮肤中,血糖、胆固醇等生化成分主要存在于真皮层的血液中,本文通过研究最佳的探测距离,提高真皮层的近红外光谱信号强度,排除表皮层、皮下组织产生的干扰。首先,通过对人体皮肤的组织结构进行分析,计算得到了皮肤各层的组织光学特性参数,以葡萄糖在合频波段吸收峰2270 nm处的组织光学参数为例建立了皮肤的蒙特卡罗模型;然后,利用蒙特卡罗方法模拟了光在皮肤中的传输规律,得到了平均路径长度、平均探测深度以及各层吸收光子能量比例随入射角度、探测距离的变化情况。结果表明,光子以小于45°角入射时,可以忽略入射角度对光子传输路径的影响。探测距离为1 mm时,真皮层吸收光子能量所占比例最大,同时又能保证探测器接收到较多的能量。本文确定1 mm作为最佳的探测距离,可以有效降低皮肤中其他组织的干扰,获取真皮层中血液的光谱信息,有利于生化成分的近红外无创检测,为后续实验奠定理论基础。
人體內各種血液生化成分含量的變化是評價健康狀況的重要信息。人體皮膚中,血糖、膽固醇等生化成分主要存在于真皮層的血液中,本文通過研究最佳的探測距離,提高真皮層的近紅外光譜信號彊度,排除錶皮層、皮下組織產生的榦擾。首先,通過對人體皮膚的組織結構進行分析,計算得到瞭皮膚各層的組織光學特性參數,以葡萄糖在閤頻波段吸收峰2270 nm處的組織光學參數為例建立瞭皮膚的矇特卡囉模型;然後,利用矇特卡囉方法模擬瞭光在皮膚中的傳輸規律,得到瞭平均路徑長度、平均探測深度以及各層吸收光子能量比例隨入射角度、探測距離的變化情況。結果錶明,光子以小于45°角入射時,可以忽略入射角度對光子傳輸路徑的影響。探測距離為1 mm時,真皮層吸收光子能量所佔比例最大,同時又能保證探測器接收到較多的能量。本文確定1 mm作為最佳的探測距離,可以有效降低皮膚中其他組織的榦擾,穫取真皮層中血液的光譜信息,有利于生化成分的近紅外無創檢測,為後續實驗奠定理論基礎。
인체내각충혈액생화성분함량적변화시평개건강상황적중요신식。인체피부중,혈당、담고순등생화성분주요존재우진피층적혈액중,본문통과연구최가적탐측거리,제고진피층적근홍외광보신호강도,배제표피층、피하조직산생적간우。수선,통과대인체피부적조직결구진행분석,계산득도료피부각층적조직광학특성삼수,이포도당재합빈파단흡수봉2270 nm처적조직광학삼수위례건립료피부적몽특잡라모형;연후,이용몽특잡라방법모의료광재피부중적전수규률,득도료평균로경장도、평균탐측심도이급각층흡수광자능량비례수입사각도、탐측거리적변화정황。결과표명,광자이소우45°각입사시,가이홀략입사각도대광자전수로경적영향。탐측거리위1 mm시,진피층흡수광자능량소점비례최대,동시우능보증탐측기접수도교다적능량。본문학정1 mm작위최가적탐측거리,가이유효강저피부중기타조직적간우,획취진피층중혈액적광보신식,유리우생화성분적근홍외무창검측,위후속실험전정이론기출。
The present paper studies the best detector-distance to improve the near-infrared spectrum signal intensity of the der-mis layer and eliminate the interference of the epidermis and subcutaneous layer .First ,we analyzed the organizational structure of the skin and calculated the tissue optical parameters of different layers .And we established the Monte Carlo model with the example of glucose absorption peak at 2 270 nm .Then ,we used the Monte Carlo method to simulate the light transmission rules in the skin ,obtaining the average path length ,the average visit depth and the fractions of absorbed energy at each layer with the change in critical angle and detector-distance .The results show that when the photons are incident at an angle less than 45 de-grees ,you can ignore the effect of the incident angle on photon transmission path ,and when the detector-distance is 1 mm ,the fraction of absorbed photon energy by the dermis layer is the largest ,while it can ensure more energy received by detector .We determined that the best detector-distance is 1mm ,which successfully avoids the interference of the epidermis spectral informa-tion and obtains large amounts of blood in the dermis layer ,which is conducive to the near-infrared non-invasive measurement of biochemical components and the subsequent experiments .