组织光学特性参量的测量是通过可探测的光学量 (如反射、透射等 )来获得的 ,这些量表征着光子在生物组织的传输 2. 双积分球技术是将样品放在两个积分球之间 ,通过对一片样品的测量 ,来同时获取其对光的反射率、漫透射率及准直透射率 ;再根据生物组织中特定的光子传输理论 ,进而推算出其光学特性参量: 吸收系数 _ a、散射系数_s 及名向异性因子 g. 这里_ a ( mm-1)和 _ s ( mm-1 )的倒数分别表示光子在介质中被吸收或散射前所走过的平均距离 , g 是光子在不同方向上的散射几率 . 当光通量的空间分布变化不是很大 ,或远离边界及源的区域时 ,散射各向异性的细节并不重要 ,因而常将 _ s和 g 简化成单一的散射系数 _′ s= _ s ( 1- g ) , 利用双积分球测量样品的反射率与透射率是一种很成熟的技术 . 探测器所探测的信号与光源功率、球的几何参量 (球壁面积、洞口的大小 ,样品的面积 )、 球壁的反射率及样品的反射率有关 ,Pickering等对此进了深入细致的探讨,这里不再赘述 ,但双积分球技术用于组织光学特性参量测量却是近几年发展起来的.改进双积分球系统由以下几个部分组成: 激光器、斩波器、分光镜、积分球 (四个 )、锁定放大器、相关的探测电路及转换电路、计算机数据采集系统 . 而常用的双积分球准直激光经斩波器 ( ND-3型可变频率双参考光斩波器 ,频率波动为 0. 1 % )调制后 ,通过透过率为 80%的分光镜将其分成两束 ,反射光作为参考探测 ,以监测光源功率的波动情况 ,透射光通过反射球的入光口直接照在样品上 . 来自参考球、反射球、透射球及准直透射球上各探测器 ( SiPIN, S1223-01型 )的四路信号通过开关电路后 ,依次送入锁定大器 ( M odel SR830 DSP Lock- inAm plifier可将频率锁定在 0. 1Hz范围内内 ) ,最后被计算机所采集 .

积分球理论在对样品的反射及透射测量中的误差分析表明 ,准直入射比漫入射时的情况更好. 因此用双积分球系统测量组织光学特性参量时常采用准直较好的激光光源 .

用于反射及漫透射测量的两个积分球是对称放置的 . 球的内表面由 Ba SO4喷涂而成 ,具有较高的漫反射特性 ;两球内径为 220m m± 1mm,样品口直径为 25± 0. 1mm ,反射球的入光口与透射球的出光口直径为 7± 0. 1m m;另外在样品口与探测口之间设置了挡板 ,这将避免样品上的反射光直接被探测器所收集 . 为使来自样品的规则反射光不至于从入光口逃离出去 ,我们将光轴与样品口平面的法线方向设置成 3° 的夹角 ,这样反射球上的探测器所探测到的信号就是漫反射光与规则反射光之和 ,即总的反射光强 .

由于光斑会聚成一个小点直接照在探测器上时 ,会降低探测器的线性度 . 为此 ,在参考通道及准直透射光强的探测中 ,我们也采用了积分球 (内径为 70± 0. 5mm ) ,入光口大小为 7± 0. 1mm ,这样将使光经过漫反射后均匀地照射在探测器的光敏面上 . 在准直探测中 ,为避免漫透射信号的影响 ,准直探测球与透射球之间的距离应大于700m m,在这里我们将其设定为 800m m.在弱光信号检测中 ,斩波及锁定放大将能很好的消除背景光的干扰 .与常用的双积分球系统相比 ,我们引入了参考测量监测光源功率的变化 ,以此消除光源波动对测量的影响 . 这是因为双积分球系统采用的是相对的测量技术 ,各探测器 (光电二极管与光电倍增管 )所探测到的信号与入射到探测器上的光强成正比 ,因此对光功率的稳定性有着较高的要求 ,否则会给测量带来较大的误差.为同时测量反射、漫透射、准直透射信号 ,并实现对光源功率波动的监测 ,通过一个开关转换电路 ,将四路信号分时送到锁定放大器上 ,这一点通过计算机采集系统是很容易控制的 . 由于机械调制本身存在的局限性 ,我们将斩波器的频率设置为 1000Hz,相应的锁定放大器的积分时间设置为 30m s. 在对不同通道的信号进行分时采集时 ,为避免各路信号之间的相互影响 ,将每路信号采集的时间间隔设置为 500ms. 由于光源本身的波动非常缓慢 ,所以这样的延迟对测量所带来的影响是可以忽略的 .