1、光在生物組織中的傳輸問題作為激光生命科學的基礎在國際上受到普遍關注，成為當前組織光學領域研究的熱點之一。生物組織是一種復雜介質(zhì)，這種復雜性是通過光在生物組織中傳輸時的散射相函數(shù)描述的。考慮相函數(shù)的輻射傳輸理論的高階近似理論-P3近似比漫射近似理論能準確描述光源附近或強吸收組織的光輻射分布。本論文系統(tǒng)研究了生物組織相函數(shù)及其高階參數(shù)，并對基于P3近似理論的光源附近組織的光傳輸問題進行了理論、模擬和實驗研究。主要內(nèi)容如下： 首先以

2、相似關系為紐帶，將輻射傳輸理論、P3近似和漫射近似聯(lián)系起來，使整個理論體系便于全面理解和把握。然后，針對P3近似考慮的相函數(shù)進行了系統(tǒng)討論，并首次對相函數(shù)及其參數(shù)的性質(zhì)以及相函數(shù)的選取對光學參數(shù)γ測量的影響進行了研究。研究表明，當實際組織的散射性質(zhì)需要用組合相函數(shù)描述時，如果采用單一相函數(shù)擬合實驗數(shù)據(jù)，將給參數(shù)γ的測量帶來很大誤差?；谏鲜龇治?，又首次研究了相函數(shù)對P3近似空間分辨漫反射的影響，得出相函數(shù)不同對ρ小于1個mfp’區(qū)域的漫

3、反射率的影響大于相函數(shù)高階矩的影響等。進一步，又對P3近似空間分辨漫反射對相函數(shù)參數(shù)、有效散射系數(shù)和吸收系數(shù)的靈敏度進行了研究，進而分析探討了這些光學參數(shù)對P3近似空間分辨漫反射的影響，使離光源遠近不同處的光輻射需要考慮的光學參數(shù)清晰體現(xiàn)，對從相應距離處測量的宏觀漫反射光分布探測組織微觀結構信息具有重要意義。 針對上述理論工作，采用實驗和模擬方法對近光源空間分辨漫反射進行了研究。采用雙光纖結構的測量裝置利用“兩點法”對組織模擬

4、液進行漫反射測量，研究吸收和散射對近光源空間分辨漫反射的影響。近光源實驗證明了P3近似理論能夠描述光源附近光輻射分布。采用MonteCarlo模擬方法研究了不同各向異性因子的Henyey-Greenstein相函數(shù)對光源附近組織光輻射分布的影響。模擬結果表明相函數(shù)影響光源附近1個輸運平均自由程內(nèi)的漫反射光分布，證明了P3近似理論考慮相函數(shù)高階參數(shù)的必要性。 在P3近似理論得到證明后，又對P3近似的適用范圍及簡化進行了研究探討。

5、從相似關系出發(fā)，根據(jù)P3近似理論滿足的三階相似關系，引入特征長度mfp′"。對光源附近組織的空間分辨漫反射與mfp′"之間的關系進行研究，得出特征長度mfp"′限定了P3近似理論的適用區(qū)域要滿足r＞mfp′″。在此基礎上，進一步建立描述組織吸收強弱的參量—約化反照率a’與特征長度mfp′和mfp′"之間的聯(lián)系，從漫射近似理論限定的a說明聯(lián)系的物理意義，從而引申得出P3近似理論適用于a’＞0.57的組織對光粒子吸收的情況。從理論、實驗和M