基于磁共振成像的材料光散射精密测量研究

The optical diffuse measurement involves several factors including the surface of materials, the inner-structure under surface, the thickness, the constituent, and the characteristic of incident light. So it is complex how to measure and analysis the diffuse optic of different materials especially for the biomedical materials or the corresponding artificial material because of the complex structure, constituent and the vivo statue furthermore. A new optical diffuse measurement method based on magnetic resonance imaging (MRI) is present. An optic fiber matrix is set in MRI and the light signal measurement using fibers is combined with MRI technology. Some fibers in the fiber matrix are chosen for incident light and others for diffuse light detect. At the same time the MRI capture the diffuse process image. Then the discrete light signals value from fibers are matched with the MRI diffuse image. The image analysis using path integral theory in quantum electrodynamics are performed, then the diffuse light distribution at 4π stereo space can be achieved. A 0.3T MRI involved light fiber matrix will be established and at least five different materials will be measured to validate this new method.

光散射测量涉及到材料表面形貌、材料次表面结构、材料的厚度、成分等，以及光的特性，一直以来是一个复杂的测量问题，尤其是当材料是生物材料或者医学组织及其仿生物时，由于其复杂的结构和成分，甚至还有实时动态的因素，导致光散射的测量和分析成为难点。本项目提出一种基于磁共振成像的光散射测量方法。在磁共振成像仪中加入光纤阵列，将光纤馈入光信号的方式和磁共振成像技术相结合。由光纤阵列中的部分将入射光馈入被测材料，其它光纤作为散射光的测量探头。同时使用磁共振成像法捕捉光与材料相互作用的实时图像，记录入射光子与材料电子之间的相互作用过程。将离散的光纤测量光散射信号与光散射磁共振图像进行配准，应用量子电动力学的路径积分的理论，对磁共振图像中散射图像进行分析，就可以获得4π立体角空间的光散射分布。本项目将在0.3T的磁共振原型机上进行光磁一体机的改造，并进行可见波段的5种不同材料的光散射实验，对上述理论进行实验验

项目针对材料光散射测量的难点，建立了基于磁共振技术的光散射测量新方法，该方法支撑了光学密度计量体系的提高和完善，并初步应用于细胞的散射成像测量。光散射测量涉及到材料表面形貌、材料次表面结构、材料的厚度、成分等，以及光的特性，一直以来是一个复杂的测量问题，尤其是当材料是生物材料或者医学组织及其仿生物时，由于其复杂的结构和成分，甚至还有实时动态的因素，导致光散射的测量和分析成为难点。项目建立的基于磁共振成像的光散射测量方法，将用于光散射测量的光纤阵列加入磁共振成像仪中，将光纤馈入光信号的方式和磁共振成像技术相结合。由光纤阵列中的部分将入射光馈入被测材料，其它光纤作为散射光的测量探头。同时使用磁共振成像法捕捉光与材料相互作用的实时图像，记录入射光子与材料电子之间的相互作用过程。将离散的光纤测量光散射信号与光散射磁共振图像进行配准，应用量子电动力学的路径积分的理论，对磁共振图像中散射图像进行分析，获得4π立体角空间的光散射分布。项目研制了0.3T的光磁共振一体原型机，进行了5种不同材料的光散射实验。根据实验结果的数据，确定了胶片的透射式散射相对强度和分布，以及聚合物的反射式散射相对强度和分布，在高光学密度（透射密度值大于5，反射密度值大于1.5）测量中据此结果做了测量结果的定值处理，对测量方法进行了优化和不确定度分析，提高了高光学密度的计量技术水平，支撑了高光学密度的计量体系的建立，包括光学密度国家基准的建立（国基证〔2021〕第087号）、透射光学密度国际比对COOMET 736/RU/17（为所有参比国家中结果最好的参比国家实验室）、反射光学密度国际比对COOMET 735/RU/17（正在进行中）、主导光学密度的国内比对2021-A-02（正在进行中）。