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?yàn)樯锝M織對(duì)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(shí)使用非電離、低能輻射源而不是放射性同位元素源對(duì)病人和醫(yī)生都更為安全。由于這些優(yōu)點(diǎn)，使用低能光對(duì)生物組織進(jìn)行連續(xù)、無(wú)損地監(jiān)測(cè)和成像具有廣泛的應(yīng)用前景。 近十幾年來(lái)，組織光學(xué)成像一直得到了人們廣泛的關(guān)注，這是因?yàn)樯锝M織對(duì)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(shí)使用非電離、低能輻射源而不是放射性同位元素源對(duì)病人和醫(yī)生都更為安全。由于這些優(yōu)點(diǎn)，使用低能光對(duì)生物組織進(jìn)行連續(xù)、無(wú)損地監(jiān)測(cè)和成像具有廣泛的應(yīng)用前景。 本文從兩個(gè)方面對(duì)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(wèn)題的數(shù)值算法和逆問(wèn)題圖像重建算法；另一方面是光學(xué)薄組織成像，首次從實(shí)驗(yàn)和

3、理論上研究了組織光吸收對(duì)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(shí)間相關(guān)光子擴(kuò)散方程的定解問(wèn)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(jì)算效率，分別對(duì)均勻介質(zhì)以及非均勻介質(zhì)進(jìn)行了模擬計(jì)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(yàn)證了兩種方法的精確性，為第三章吸收參量重建過(guò)程中逆問(wèn)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(wèn)題，包括在變分原理基礎(chǔ)上建立了逆問(wèn)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(duì)吸收參數(shù)的重建進(jìn)行了模擬研究。 (3)首次從實(shí)驗(yàn)上詳細(xì)研究了組織光吸收對(duì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果作了比較，得到了較好