組織光學(xué)成像中吸收參數(shù)的研究.pdf

1、組織光學(xué)成像一直得到了人們廣泛的關(guān)注，這是因為生物組織對光（特別是近紅外光）通常表現(xiàn)為高散射、低吸收的特性，光子在生物組織中的傳輸可以攜帶出組織的生理信息，同時使用非電離、低能輻射源而不是放射性同位元素源對病人和醫(yī)生都更為安全。由于這些優(yōu)點，使用低能光對生物組織進(jìn)行連續(xù)、無損地監(jiān)測和成像具有廣泛的應(yīng)用前景。 近十幾年來，組織光學(xué)成像一直得到了人們廣泛的關(guān)注，這是因為生物組織對光（特別是近紅外光）通常表現(xiàn)為高散射、低吸收的特性，光

2、子在生物組織中的傳輸可以攜帶出組織的生理信息，同時使用非電離、低能輻射源而不是放射性同位元素源對病人和醫(yī)生都更為安全。由于這些優(yōu)點，使用低能光對生物組織進(jìn)行連續(xù)、無損地監(jiān)測和成像具有廣泛的應(yīng)用前景。 本文從兩個方面對組織光學(xué)成像中吸收參數(shù)進(jìn)行了研究，一方面是光學(xué)厚組織成像，光擴(kuò)散層析成像(Diffuse optical tomography)技術(shù)中的涉及正問題的數(shù)值算法和逆問題圖像重建算法；另一方面是光學(xué)薄組織成像，首次從實驗和

3、理論上研究了組織光吸收對激光散斑成像的影響。本文主要的內(nèi)容和結(jié)論有： (1)應(yīng)用有限差分法求解了時間相關(guān)光子擴(kuò)散方程的定解問題，推導(dǎo)出Crank-Nicholson 隱式格式和交替方向隱式格式，并分別使用了逐次超松弛迭代法和追趕法以提高求解的計算效率，分別對均勻介質(zhì)以及非均勻介質(zhì)進(jìn)行了模擬計算，并與前人研究的解析解以及Monte Carlo 模擬的結(jié)果作了比較，驗證了兩種方法的精確性，為第三章吸收參量重建過程中逆問題的研究提供了

4、一種有效的數(shù)值方法。 (2)應(yīng)用Tikhonov 正則化方法研究光擴(kuò)散層析成像中吸收系數(shù)重建的逆問題，包括在變分原理基礎(chǔ)上建立了逆問題中的傳遞矩陣，在傳遞矩陣奇異值分解的基礎(chǔ)上給出了Tikhonov 正則化方法的目標(biāo)函數(shù)，最后對吸收參數(shù)的重建進(jìn)行了模擬研究。 (3)首次從實驗上詳細(xì)研究了組織光吸收對激光生物散斑成像特征的影響，在傳統(tǒng)散斑理論的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出包含光吸收的生物散斑特征參數(shù)公式，并與實驗結(jié)果作了比較，得到了較好