生物组织光学仿体的制作及其在生物光学成像中的应用
毕业设计论文中文毕业设计论文中文光学技术广泛应用在我们生活的各个方面，光学在医学发展中有助于帮助我们解决现在的各类疑难杂症问题。目前生物组织光学仿体在生物医学成像和治疗领域发挥着极其重要的作用但光学的发展还不是太成熟，还需要长期的发展。首先必须了解生物组织与光接触的基本特征。本课题中，选择使用无水硫酸铜（CuSO4）、二氧化钛（TiO2）和明胶制作出了光学仿体。使用该光学仿体进行了光学仿真模拟实验，得出了光学仿体的光学参数。经过光学仿体与生物组织的对比仿真实验结果发现生物组织光学仿体具有较好的光学仿真能力，可用于对生物体内肿瘤的检测，光学仿体的应用有助于推动生物医学的发展。关键词 生物光学仿体，吸收系数，光学参数，荧光成像
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的目的及意义 1
1.2 国内外研究进展与发展趋势 1
1.3 本论文研究内容与结构安排 2
2 乳房的光学特性 3
2.1 引言 3
2.2 乳房组织结构特性与物质组成 4
2.3 乳房组织的光学特性 5
2.3.1 乳房组织的反射与折射 6
2.3.2 乳房组织对光的吸收 6
2.3.2 乳房组织对光的散射 6
3 乳房光学仿体的制作 6
3.1 乳房光学仿体的物质组成 6
3.1.1 乳房光学仿体的基体成分 6
3.1.2 乳房光学仿体的散射剂选择 7
3.1.3 乳房光学仿体的吸收成分 8
3.2 制作乳房光学仿体 8
3.2.1 乳房光学仿体的制备流程 8
3.3 光学仿真分析 9
4 光学仿体在检测肿瘤方面的应用 11
4.1 设置肿瘤模型并赋予荧光特征 11
4.2 利用仿真模型进行荧光成像分析对比 11
5 经济性分析 12
结论 13
致谢 14
参考文献 15
1 绪论
1.1 选题目的及其意义
在医学方面光学发展了很长时间，光学发展确保了人类健 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
康，光学发展逐渐加强了医疗和外科的治疗手段，在医学上提供了一种新颖的诊断方法。如今，可以使用激光治疗的方法治疗皮肤病和肾结石。对肘关节修复等手术干预的需求已被微损伤疗法所取代[1]。今天，激光技术还可以用于治疗某些类型的癌症。可以使用光学诊断技术来测量艾滋病患者的病毒载量。此外，实验阶段还存在一些光学技术，如控制糖尿病的非破坏性血糖监测和乳腺癌的早期诊断。
近年来，我国大力支持生物医学技术的发展，很多单位和学校开展了生物医学光学研究。在生物医学光学成像（如光学相干断层扫描OCT，光声光谱，双光子激发荧光成像，二次谐波成像，光学层析成像等），组织光学理论和光子医学诊断，分子光子学（包括成像和分析），生物医学光谱学，X射线造影成像，光学功能成像，认知光学成像，PDT光剂量学，高时空光谱检测技术和仪器研究取得了显着的研究成果。
在上述研究背景下，学术研究主要集中在光学模拟物的研究上。同时，为了进一步促进诊断技术光谱学的发展，本说明书中描述了光学成像诊断技术，物理治疗干预技术和改进实践的评估实践方法，其中人类或动物身体组织模仿组织光学性质接近，即需要使用“生物组织光学仿体”[2]
1.2 国内外研究与发展趋势
早在二十世纪八十年代，仿生组织仿生学的研究就已经开始，使用红外冷光透视设备检查乳腺癌。之后，基于组织中光通量的分布，复制生物组织被用于光动力疗法，脉冲激光疗法等，治疗效果优异[3]。在二十世纪九十年代初期，引入空间分辨，时间分辨和频域光学信号等项目的研究。吸引了大量科学研究人员积极参与研究光学成像和医学光谱学[4]。
上世纪中期，由于激光的发现，光学开始了飞速的发展阶段。如今成了科学技术的重要组成部分。历史上光学有很多的成就，其中最有名的就是爱因斯坦于1916年提出的，在特定的条件下，让原子与分子在受辐射的情况下，让它们去激发其它的粒子，会发生一系列的反应，放大后的效果如同海啸一般。最后便得 到了激光。1960年，梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器[5]；同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自1958年发现以来，得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化[6]。
在关于光学的研究方面，美国领先于全世界，其中最有名的就是劳伦斯福利莫尔实验室制作的光学软件，该软件具有成熟的光传输系统，有自己独特的计算光传输的方法，国外高年级的学生和研究生大多都学习过和光学有关的知识[6]。
很明显，在最早期对光学仿体模型的研究中，重点研究的是具有几何形状，有特定波长的生物组织光学仿体。在这十年之中，研究重点转移到了对广波长生物光学仿体光学特性的研究上。此外，生物化学和生物相容性光学生物学的发展也吸引了很多相关领域的研究人员参与研究。生物分子如血红蛋白和黑色素，内源性荧光物质如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），与外源荧光物质如卟啉和花青染料相容，其中生物相容性可以用于对生物组织光学复制方面的研究。
伴随着生物组织光学仿体的发展，研究生物组织工程成了重中之重。这种方法虽然表面看起来与光学仿体的研究相差甚，但它确也是研究的一个重要内容。它特有的离体组织具有超薄的组织结构，在某些特定的光学仿真实验中会起到至关重要的作用[7]。
在生物组织光学仿真成像的研究中，由于不同的研究小组所研究的生物光学组织成分不同，在制备生物组织光学仿体上也会有差异，并且在生物组织光学仿体的研究上大家都缺乏统一性。所以，目前提高生物组织光学仿体的评估标准和制作方法是必不可少的一项内容。
1.3 本论文研究的内容及其结构的安排
确定光学仿体模型的设计方案，该方案具有准确可预测的光学参数，易于制备，光学参数比较稳定，可多次制备。光学仿体可以精准地再现波长范围内人体皮肤组织的光学特性，还能灵活地将光学参数适应于特定的实验要求之中。
本文具体结构安排如下：
第一章绪论：本章重点阐述了研究光学仿体光学模型的意义和目前的研究进展。
目 录
1 绪论 1
1.1 选题的目的及意义 1
1.2 国内外研究进展与发展趋势 1
1.3 本论文研究内容与结构安排 2
2 乳房的光学特性 3
2.1 引言 3
2.2 乳房组织结构特性与物质组成 4
2.3 乳房组织的光学特性 5
2.3.1 乳房组织的反射与折射 6
2.3.2 乳房组织对光的吸收 6
2.3.2 乳房组织对光的散射 6
3 乳房光学仿体的制作 6
3.1 乳房光学仿体的物质组成 6
3.1.1 乳房光学仿体的基体成分 6
3.1.2 乳房光学仿体的散射剂选择 7
3.1.3 乳房光学仿体的吸收成分 8
3.2 制作乳房光学仿体 8
3.2.1 乳房光学仿体的制备流程 8
3.3 光学仿真分析 9
4 光学仿体在检测肿瘤方面的应用 11
4.1 设置肿瘤模型并赋予荧光特征 11
4.2 利用仿真模型进行荧光成像分析对比 11
5 经济性分析 12
结论 13
致谢 14
参考文献 15
1 绪论
1.1 选题目的及其意义
在医学方面光学发展了很长时间，光学发展确保了人类健 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072#
康，光学发展逐渐加强了医疗和外科的治疗手段，在医学上提供了一种新颖的诊断方法。如今，可以使用激光治疗的方法治疗皮肤病和肾结石。对肘关节修复等手术干预的需求已被微损伤疗法所取代[1]。今天，激光技术还可以用于治疗某些类型的癌症。可以使用光学诊断技术来测量艾滋病患者的病毒载量。此外，实验阶段还存在一些光学技术，如控制糖尿病的非破坏性血糖监测和乳腺癌的早期诊断。
近年来，我国大力支持生物医学技术的发展，很多单位和学校开展了生物医学光学研究。在生物医学光学成像（如光学相干断层扫描OCT，光声光谱，双光子激发荧光成像，二次谐波成像，光学层析成像等），组织光学理论和光子医学诊断，分子光子学（包括成像和分析），生物医学光谱学，X射线造影成像，光学功能成像，认知光学成像，PDT光剂量学，高时空光谱检测技术和仪器研究取得了显着的研究成果。
在上述研究背景下，学术研究主要集中在光学模拟物的研究上。同时，为了进一步促进诊断技术光谱学的发展，本说明书中描述了光学成像诊断技术，物理治疗干预技术和改进实践的评估实践方法，其中人类或动物身体组织模仿组织光学性质接近，即需要使用“生物组织光学仿体”[2]
1.2 国内外研究与发展趋势
早在二十世纪八十年代，仿生组织仿生学的研究就已经开始，使用红外冷光透视设备检查乳腺癌。之后，基于组织中光通量的分布，复制生物组织被用于光动力疗法，脉冲激光疗法等，治疗效果优异[3]。在二十世纪九十年代初期，引入空间分辨，时间分辨和频域光学信号等项目的研究。吸引了大量科学研究人员积极参与研究光学成像和医学光谱学[4]。
上世纪中期，由于激光的发现，光学开始了飞速的发展阶段。如今成了科学技术的重要组成部分。历史上光学有很多的成就，其中最有名的就是爱因斯坦于1916年提出的，在特定的条件下，让原子与分子在受辐射的情况下，让它们去激发其它的粒子，会发生一系列的反应，放大后的效果如同海啸一般。最后便得 到了激光。1960年，梅曼用红宝石制成第一台可见光的激光器[5]；同年制成氦氖激光器；1962年产生了半导体激光器；1963年产生了可调谐染料激光器。由于激光具有极好的单色性、高亮度和良好的方向性，所以自1958年发现以来，得到了迅速的发展和广泛应用，引起了科学技术的重大变化[6]。
在关于光学的研究方面，美国领先于全世界，其中最有名的就是劳伦斯福利莫尔实验室制作的光学软件，该软件具有成熟的光传输系统，有自己独特的计算光传输的方法，国外高年级的学生和研究生大多都学习过和光学有关的知识[6]。
很明显，在最早期对光学仿体模型的研究中，重点研究的是具有几何形状，有特定波长的生物组织光学仿体。在这十年之中，研究重点转移到了对广波长生物光学仿体光学特性的研究上。此外，生物化学和生物相容性光学生物学的发展也吸引了很多相关领域的研究人员参与研究。生物分子如血红蛋白和黑色素，内源性荧光物质如烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADH）和黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD），与外源荧光物质如卟啉和花青染料相容，其中生物相容性可以用于对生物组织光学复制方面的研究。
伴随着生物组织光学仿体的发展，研究生物组织工程成了重中之重。这种方法虽然表面看起来与光学仿体的研究相差甚，但它确也是研究的一个重要内容。它特有的离体组织具有超薄的组织结构，在某些特定的光学仿真实验中会起到至关重要的作用[7]。
在生物组织光学仿真成像的研究中，由于不同的研究小组所研究的生物光学组织成分不同，在制备生物组织光学仿体上也会有差异，并且在生物组织光学仿体的研究上大家都缺乏统一性。所以，目前提高生物组织光学仿体的评估标准和制作方法是必不可少的一项内容。
1.3 本论文研究的内容及其结构的安排
确定光学仿体模型的设计方案，该方案具有准确可预测的光学参数，易于制备，光学参数比较稳定，可多次制备。光学仿体可以精准地再现波长范围内人体皮肤组织的光学特性，还能灵活地将光学参数适应于特定的实验要求之中。
本文具体结构安排如下：
第一章绪论：本章重点阐述了研究光学仿体光学模型的意义和目前的研究进展。
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