激光散斑的激光散斑测量

如题所述

第1个回答  2016-06-03

激光散斑和激光多普勒测量
从图 3 可知,激光散斑主要应用于微循环的血流监测,这是因为激光散斑测量法相对于放射性微球技术
、荧光示踪检测法 和氢离子稀释 等方法,具有非接触、无创伤、能对血流分布快速成像等优点。具有相同优点的另外一种光学检测技术——激光多普勒速度测量技术,是利用粒子散射光的强度波动引起的多普勒频移来测量散射子的速度,它可用于监控血流以及人体其它组织或器官的运动。激光多普勒技术用于测量血流速度的研究始于 20 世纪 70 年代,至今已经发展为成熟的医疗诊断工具。与激光多普勒技术不同的是,激光散斑是受激光照射物体产生的随机干涉效应的颗粒状图案。如果物体由单个移动散射体(如血细胞)组成,散射图案会有波动。这些波动包含了散射体运动变化的信息。尽管激光散斑技术看起来和激光多普勒技术大相径庭,一个是多普勒现象,一个是干涉现象,但是通过数学分析,这两种方法在最终的数学表达上是可以统一的 。
激光散斑的统计特性
时变散斑是一种随机现象,只能使用统计学的方法分析,Goodman 为此提出了详细的理论解释和分析 。其中的一个结论对激光散斑衬比成像技术非常重要,就是散斑图像的一阶统计特性。这里的一阶是指空间中一点散斑强度的统计特性,或者对时变散斑来说是时空的统计特性。对于光谱区内大多数实验,直接测量的是光波的强度;而对超声和微波谱区成像,可以直接测量场的幅度分布。因此,首先考虑散斑的随机复矢量振幅的统计特性,然后计算出散斑图像强度的一阶统计特性。
散斑的一阶统计描述了单点光强的涨落,如果需要了解散斑图像中光强从空间一点到另一点的快速变化,了解散斑的空间结构和散斑的尺寸,则需要进行散斑的二阶统计 。散斑二阶统计的常用方法就是计算散斑强度分布的空间自相关函数和它的功率谱密度。
在静态散斑研究中,散斑光强自相关函数可以帮助了解散斑空间结构的统计性质。对动态散斑而言,静态散斑光强起伏的自相关函数概念可以推广为动态散斑光强起伏的空间-时间互相关函数 。动态散斑的性质与散射物质的运动速度有关,因此可以使用动态散斑的二阶统计来测量散射物质的运动速度。在照明光(高斯光束束腰半径)、波面曲率半径等有关参数已确定的条件下,测得给定点的散斑光强波动,求出相关函数的相关时间(时间相关函数半宽)或相关长度(空间相关函数半宽),即可确定散射物质速度的大小 。
使用空间频谱分析的方法也可以进行动态散斑测量。在此方法中,需要在光探测器前放置一个与运动方向垂直的单缝光栅,探测器探测的信号输入谱分析器,计算功率谱密度函数,一阶谱对应的频率与速度相关。如果物体运动的方向不可知,则需转动光栅考察输出功率谱的变化情况来判断其运动方向。

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