各向异性生物组织仿体与偏振光散射研究

本课题研究偏振光在生物组织等各向异性强散射介质中传播的规律，以及成像方法和应用。课题将针对生物组织中富含纤维状的结构特点，研究、制备由球－柱混合散射体构成的生物组织仿体；利用蒙特卡罗方法对偏振光子的散射传播过程进行计算模拟，并与针对仿体的成像实验结果进行比较，寻找线偏振光在高度定向排列细圆柱散射体背向散射时模拟与实验不符的原因，依此改进偏振光在球－柱模型体系中散射传播的表征和计算模拟方法和模型体系；研究复杂各向异性体系中偏振光散射行为，提取偏振成像获得的物理信息，发展新型偏振光成像方法和应用。

通过项目执行课题组利用天然纤维与聚苯乙烯小球形成了球柱散射模型标准样品，同时采用高分子聚合物产生了双折射介质，最终成功实现球、柱散射+双折射仿体的制备。课题组建立并完善了球柱散射模型、球柱散射-双折射模型，以及相关的蒙特卡洛模拟程序，并将模型应用于不同具体研究。利用建立的模型与程序，我们分析了不同情况下的点入射穆勒矩阵和反射率矩阵二维图样特点，并进一步研究了基于穆勒矩阵的图像分析方法，以及面穆勒矩阵分解和变换方法。此外研究了旋转线偏振成像（RLPI）方法的参数物理意义、吸收的影响、不同参数的穿透深度等，并通过RLPI以及穆勒矩阵定量法对癌变组织进行了成像分析。利用本课题研究获得的模型、模拟、实验条件，结合旋转线偏振、穆勒矩阵变换等方法获得的大量数据开展研究，将帮助我们在未来的工作中寻找并分析复杂介质各向异性偏振光散射特征定量表征新方法，并由此发展早期癌变等疾病的偏振成像诊断技术。