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目录

第一章绪论 1

1.1 国内外发展状况 1

1.2 本文章节安排 2

1.2.1本文结构框架 2

1.2.2本文特色 2

第二章研究工作的基础理论 3

2.1 光的电磁性 3

2.2 光的散射 3

2.3 光的散射分类 4

2.3.1 弹性光散射 4

2.3.2 非弹性光散射 4

2.4 与光波相互作用的介质 4

2.4.1非耗散介质 4

2.4.2耗散介质 5

第三章 Mie散射理论和血液分析仪 6

3.1 球形颗粒Mie散射公式 6

3.2 血液 9

3.3血液分析仪 10

第四章血液细胞和胶体物质的光散射 13

4.1 仿真计算 13

4.2 总结与展望 20

参考文献 22

水与血液中光散射的特性研究

梁文泰

, Jiangsu

Abstract：Medical optics is the optical branch of rapid development. Research on blood and light scattering is in line with the development trend of today's society. This article focuses on the possibility of exploring optical blood parameters detection based on optical Mie scattering theory and the different characteristics of water and blood in light scattering. In this paper, simulation calculations using matlab, taking into account the main parameters of various major cells in the blood - particle size and refractive index, etc., calculate the scattered light intensity in all directions, so get its scattering coefficient, absorption coefficient and extinction coefficient characteristics And compared the scattering characteristics of the cells in the water particles and blood, which can extract the characteristic parameters of blood light scattering, and laid the foundation for the subsequent medical optical scattering research.

Keywords: Mie scattering; scattering coefficient; blood analyzer; matlab simulation；

绪论

随着如今社会的发展，人们的生活越来越多姿多彩，不只是单单的追求活着，也更加看重生活的质量，而首当其冲的便是身体健康，除了锻炼强身健体以外，也需要提高我们的医疗水平。人活着需要能量，而我们的能量来源则是靠人体的血液循环将各种营养带到身体各部，如果我们的身体某个部分都不到血液的滋养，便会细胞坏死从而发生病变，所以它可以帮助我们成长免疫疾病，而本文则是介绍了光学探测于医疗中的应用，通过光在血液中的散射可以分析数据结果了解到血液的健康情况，所以本课题是符合社会发展的。

而血液分析仪是现今医疗设备中非常常用的一种，其中大部分的血液分析仪都运用到了激光散射法，还有用化学试剂来染色的办法，然而我们的激光散射技术不会影响细胞的活性，不会破坏细胞，没有入侵性，更加绿色无害无痛苦，本文以血液中的白细胞，红细胞和血小板为例，用Mie散射理论^[1][2]作为根据，将细胞看作均匀的球体模型，通过matlab模拟计算出他们的散射系数、吸收系数和消光系数，在以水中的悬浮物为例，同样也计算出它的散射系数和消光系数等。通过对比发现他们的区别。

1.1 国内外发展状况

国民的身体健康直接关系到本国未来的发展，能否稳定扎实地向前迈步，所以引导国民积极锻炼，提高医疗水平，发展健康产业是一件刻不容缓的事情，诸多国家已经充分的认识到这一点，例如美国在2007年的时候GDP的15.2％用于卫生服务。卫生服务行业也是美国最大的行业。 2012年，美国卫生总费用达2.75万亿美元，占GDP总量的16.9％，居世界首位。同样的，英国有关部门在1975年支出GDP总额的百分之7.7用于相关行业，随后的2003、2008到今天英国在这方面的投资是越来越多；欧盟有关健康科技方面的预算也达到了61亿欧元，可见各国对健康服务项目的投资每年在增加，越发重视。我国这些年来也越发重视有关项目研究的发展。

健康产业与人们的生活密切相关，也比很多其他产业特殊，需要政府的指导也需要各大高校加大与相关企业的密切合作，提高国家产业集群的研发和制造能力，我们要把握住这个机会，与国内外的朋友进行一些有好的合作，共同发展，毕竟这是全人类的事情，对我们大家都是有利的，提高我国的健康产业发展水平已经是一件势在必行的事情了，而我们所研究的光散射在水中和血液中的区别也可以充分运用于健康产业，例如激光散射在血液探测器中的应用。19世纪70年代，那个时候仪器简陋，设备匮乏，但是也挡不住社会前进的脚步，昔人在艰难的环境中开展了散射理论的研究。在1871年的时候，瑞利提出来经典的瑞利散射，从电子这个崭新的角度来看光散射，并给出了相关的解释。

首先我们来看Mie理论的诞生，在1908的时候，Mie用电磁波的麦克斯韦方程组解出来一个严格的数学解，所以Mie散射并不是一个单纯的定理，我们可以看成含有未知数是直径和成分的方程所解出的一个结果。

其次，在1957年的时候。H.C.Van De Hulst概括了粒子散射的一般规律，这也是记入历史的一笔来，对未来的研究提供了非常大的便利。

近似公式 - Franhofer衍射理论开发了一种激光粒度测量仪，它在计量测试中开辟了另一个新的散射理论领域。因为光散射的测量特性，他可以不受被测物的光学和电学特性参数的干扰，所以在使用上有着非常广阔的领域。

1983年，C.F. Bohren和O.R.霍夫曼从昔人的结论中更加全面的介绍了各种光散射现象，也就是从此刻开始，散射理论的征程便有了一个伟大而坚实的开端。