皮肤组织红外偏振深度成像研究开题报告
摘要：偏振测定法在各种形式的透明介质方法中有着悠久而成功的历史，在其生物医学潜力的推动下，偏振测定法在生物组织评估中的应用最近也得到了相当多的关注。具体而言，偏振可以用作区分复合散射光（用作门控机制）的有效工具，以增强对比度和改善组织成像分辨率。此外，人体内组织偏振测量特征也包含大量具有潜在生物医学重要性的形态学和功能信息。然而，在复杂的随机介质样组织中在复杂的随机介质样组织中，由于多次散射和同时出现的许多散射和偏振而产生的多种复杂性在精确测量和组织偏振测量信号分析方面都有着巨大的挑战。为了实现偏振方法用于组织成像和表征/诊断的潜力。许多研究人员因此正在寻求创新的解决方案来应对这些挑战。我们总结了与组织中偏振光方法应用相关的这些和其他问题。具体来说，我们讨论偏振光基础知识，斯托克斯穆勒形式，偏振测量方法，混浊介质中的偏振光建模，组织成像的应用，偏振结果量化的反向分析，定量组织评估的应用等。
关键词：偏振; 多次散射; 混浊偏振; 光传输; 斯托克斯矢量，穆勒矩阵，生物和医学应用。
Abstract： Polarimetry has a long and successful history in various forms of clear media. Driven by their biomedical potential, the use of the polarimetric approaches for biological tissue assessment has also recently received considerable attention. Specifically, polarization can be used as an effective tool to discriminate against multiply scattered light (acting as a gating mechanism) in order to enhance contrast and to improve tissue imaging resolution. Moreover, the intrinsic tissue polarimetry characteristics contain a wealth of morphological and functional information of potential biomedical importance. However, in a complex random medium-like tissue, numerous complexities due to multiple scattering and simultaneous occurrences of many scattering and polarization events present formidable challenges both in terms of accurate measurements and in terms of analysis of the tissue polarimetry signal. In order to realize the potential of the polarimetric approaches for tissue imaging and characterization/diagnosis, a number of researchers are thus pursuing innovative solutions to these challenges. In this review paper, we summarize these and other issues pertinent to the polarized light methodologies in tissues. Specifically, we discuss polarized light basics, Stokes–Muller formalism, methods of polarization measurements, polarized light modeling in turbid media, applications to tissue imaging, inverse analysis for polarimetric results quantification, applications to quantitative tissue assessment.
Keywords：polarization; multiple scattering; turbid polarimetry; light transport;Stokes vector, Mueller matrix；biological and medical applications.
1 研究背景和意义
偏振指的是横波能够朝着不同方向振荡的性质，例如电磁波、引力波都会展示出偏振现象。典型的偏振测量是通过分析目标材料所透过、反射、折射乃至衍射的电磁波来描述该物体的种种特性。光波是一种电磁波，很多常见的光学物质都具有各向同性，例如玻璃。这些物质会维持波的偏振态不变，不会因偏振态的不同而展现出不同的物理行为。可是，有些重要的双折射物质或光学活性物质具有各向异性。因此，偏振方向的不同，波的传播状况也不同，或者，波的偏振方向会被改变。偏振测定法在各种形式的透明介质方法中有着悠久而成功的历史，在其生物医学潜力的推动偏振测量是一种测量并呈现横波偏振的方法，尤其是用于电磁波。偏振测定法在生物组织评估中的应用最近也得到了相当多的关注。具体而言，偏振可以用作区分复合散射光（用作门控机制）的有效工具，以增强对比度和改善组织成像分辨率。此外，人体内组织偏振测量特征也包含大量具有潜在生物医学重要性的形态学和功能信息。然而，在复杂的随机介质样组织中在复杂的随机介质样组织中，由于多次散射和同时出现的许多散射和偏振而产生的多种复杂性在精确测量和组织偏振测量信号分析方面都有着巨大的挑战。
2 偏振测量的现状，前景及存在的问题
偏振光在我们理解电磁波的本质，阐明化学键的三维特征，揭示生物分子的不对称（手性）性质，确定工业过程中的糖浓度，量化蛋白质属性等方面发挥了重要作用。也可以提供解决方案，提供各种非破坏性评估方法，开发极化熵等先进概念，有助于气象学和天文学中的遥感。偏振测量还可以区分表层组织层中的正常和癌前细胞，以及其他生物医学也有着应用。组织中有组织的纤维结构（胶原蛋白，弹性蛋白，肌球蛋白）的存在表现为结构各向异性，可以使用极化双折射测量进行探测。由于这些纤维的结构和功能特性由于组织异常或响应于治疗而改变，因此双折射测量可提供用于评估组织状态的敏感探针。因此，许多研究已经解决了这种偏振双折射测量，用于检测骨关节炎，热损伤和癌症（例如，基底和鳞状细胞癌）等组织异常。
