發(fā)布時間：2020-07-01 01:57

【摘要】：隨著社會的進步和人們生活水平的提高,肥胖或超重人群的比例不斷上升。肥胖常伴多種慢性疾病,嚴重影響了人們的身體健康和生活質量,已成為世界各國面臨的嚴重公共健康問題。在臨床上,肥胖分成皮下脂肪堆積型和內臟脂肪堆積型兩大類。皮下脂肪堆積型的特點是脂肪主要集中分布于皮下組織,而內臟脂肪堆積型的特點是脂肪主要存在于腹腔內。脂肪厚度是反映身體脂肪含量的重要指標,可以用于評價肥胖程度,指導合理的營養(yǎng)攝入與運動。盡管可以通過多種途徑測量脂肪厚度,但是近紅外光測量法由于操作簡單、方便而被大眾所接受。然而在利用近紅外光進行測量時,探測器與光源的相對位置,光束波長等因素會顯著影響測量結果。本文使用蒙特卡洛方法對光子在生物組織中隨機行走過程進行仿真,通過對出射光子的分析,確定最佳測量參數,以提高人體脂肪測量的準確度。首先,研究皮下脂肪厚度測量的關鍵技術。建立皮下脂肪-肌肉組織模型,通過蒙特卡洛仿真方法獲得所有光子在組織中的行走路徑。統計所有從皮下脂肪層上表面出射的光子數,自定義出射光子比OPR;同時,設定約束條件,Z軸方向最大深度處于0.9 d_(sf)~1.1d_(sf)范圍內的光子定義為有效光子,其中d_(sf)表示皮下脂肪層厚度,并自定義有效光子比EPR。研究皮下脂肪厚度d_f=0.1~2.0cm范圍內有效光子的出射位置,確定不同皮下脂肪厚度下探測器與光源的最佳距離。研究結果顯示:出射光子比隨著脂肪厚度變大逐漸增大,有效光子比隨著脂肪厚度變大逐漸減小。最佳探測距離與皮下脂肪厚度間的線性回歸方程l=0.7597d_(sf)+0.1133。其次,研究波長對皮下脂肪厚度測量的影響。建立表皮-真皮-皮下脂肪-肌肉組織模型,利用波長λ=400~1000nm的入射光進行仿真測量。設定約束條件,Z軸方向最大深度處于0.9 d_(ssf)~1.1d_(ssf)范圍內的光子定義為有效光子,其中d_(ssf)表示(皮膚層厚度+皮下脂肪層厚度),并自定義有效光子比和出射光子比,同時分析不同波長下測量皮下脂肪厚度時,探測器與光源間的最佳距離。研究結果顯示:出射光子比在波長λ=800~900nm范圍內最大,有效光子比比隨著波長變大逐漸增大,波長λ在800~1000nm范圍內對最佳探測距離沒有影響,最佳探測波長為1000nm。最后,研究內臟脂肪厚度測量的關鍵技術。內臟脂肪主要分布在人體腹部,建立腹部皮下脂肪-肌肉組織-內臟脂肪-腸道模型,設定約束條件,Z軸方向最大深度處于0.9 d_(smv)~1.1d_(smv)范圍內的光子定義為有效光子,其中d_(smv)表示(皮下脂肪層厚度+肌肉層厚度+內臟脂肪厚度),并定義有效光子比。有效光子比隨著內臟脂肪厚度變大逐漸減小。研究內臟脂肪厚度d_(vf)=0.5~6.0cm范圍內有效光子的出射位置,確定了不同內臟脂肪厚度下探測器與光源的最佳距離,建立了最佳探測距離與內臟脂肪厚度間的數學模型。提出了基于人體尺寸和全身皮下脂肪厚度測量人體內臟脂肪含量的方法。本研究為無創(chuàng)測量脂肪厚度時,確定入射光波長、光源與探測器位置等問題提供了解決思路,為后續(xù)儀器開發(fā)和人體實驗提供了理論依據。
【學位授予單位】：北京工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TH776
【圖文】：

圖 2-1 脂肪組織的細胞結構[35]Figure 2-1 Cell structure of adipose tissue：肌肉層是連接皮下脂肪與骨骼的組織，肌肉組織與脂大特點[36]：一是排列規(guī)整，呈纖維狀。二是肌肉組織中含細血管中有大量的血紅蛋白、肌紅蛋白、黑色素等等，這強的吸收作用，因此肌肉組織的吸收系數比脂肪組織heong 等研究表明[37]，雖然肌肉組織中也存在著散射，但值較大，前向散射趨勢更為明顯。：腹膜位于人體腹腔中，是一層粘膜結構，包括大網膜要由細胞、結締組織、毛細血管和淋巴管構成。主要生理擦，保護內臟的作用。采用反向倍增法和反演蒙特卡洛的散射和吸收系數。體組織中傳播的理論基礎

散射系數μs是指組織體中每單位距離上一個光子被散射的概率。（散射作用使得光子偏離原先傳播方向，生物組織往往都是強散射組織。）（單位：mm-1或者 cm-1）3）衰減系數μt（消光系數）衰減系數μt定義為吸收系數與散射系數之和（μt= μa+ μs），表示光在生物組織中的衰減程度。（單位：mm-1或者 cm-1）4）平均散射余弦 g當光子與粒子發(fā)生碰撞時，光子向四周散射的幾率，即為各向異性因子 g，如公式(2-1)所示：( )cos cos=<cos( ) cosP dgP d （2-1）g = 1 表示完全前向散射，g = -1 表示完全后向散射，當 g = 0 時，表示各向同性散射，如圖 2-2 所示。研究發(fā)現，人體組織的 g 通常在 0.68 到 0.96 之間[38]，前向散射較明顯。

【參考文獻】

相關期刊論文 前10條

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本文編號：2736132