穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散光學(xué)層析成像及快速多極邊界元法研究.pdf

1、腫瘤疾病是醫(yī)學(xué)上長(zhǎng)存的問(wèn)題,其治療離不開(kāi)對(duì)分子層次,腫瘤行為和其治療反應(yīng)中特定分子和生物過(guò)程的表達(dá)水平和活性的研究,近些年出現(xiàn)的分子成像技術(shù)因滿足此需求而逐漸成為科學(xué)和工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。分子成像是核素成像和光學(xué)分子成像等的統(tǒng)稱,其中光學(xué)分子成像因具有更寬的可選熒光探針譜倍受關(guān)注。
　　擴(kuò)散光學(xué)層析成像(Diffuseopticaltomography,DOT)是光學(xué)分子成像技術(shù)中重要的一種,它利用近紅外光于組織內(nèi)的傳播模型和探測(cè)

2、數(shù)據(jù)來(lái)重建組織光學(xué)參數(shù)。DOT成像包括成像系統(tǒng)和算法,用于獲取探測(cè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)分三類(lèi),各類(lèi)系統(tǒng)自有特色和缺陷,其中穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)使用較為廣泛。用于處理傳播模型的算法面向正、逆向過(guò)程,正向問(wèn)題的求解普遍采用有限元法,但是隨著實(shí)際模型規(guī)模的增大,其計(jì)算量問(wèn)題日益顯著,而邊界元法(Boundaryelementmethod,BEM)則由于可以降低計(jì)算維度被關(guān)注。近來(lái)學(xué)界提出的快速多極邊界元法(FastmultipoleBEM,FMBEM)更因無(wú)需系數(shù)

3、矩陣且使用快速多極子法加速展現(xiàn)了BEM的潛力。
　　本實(shí)驗(yàn)室內(nèi)搭建了一套基于自由空間CCD探測(cè)的穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散光學(xué)層析系統(tǒng),完成了系統(tǒng)的軟件控制,方便用于獲取穩(wěn)態(tài)探測(cè)數(shù)據(jù)。成像算法直接影響了結(jié)果的準(zhǔn)確性,文中使用Matlab編寫(xiě)了BEM和FMBEM程序。使用簡(jiǎn)單圓形組織模型,文章就正向問(wèn)題分別將上述兩種方法同蒙特卡羅法進(jìn)行了模擬比較,結(jié)果表明利用BEM和FMBEM模擬的結(jié)果同蒙特卡羅法有很好的一致性。研究結(jié)果驗(yàn)證了兩種方法用于擴(kuò)散光學(xué)層