時(shí)域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒ǖ哪M與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、時(shí)域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒ǖ臅r(shí)域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒ǖ哪M與實(shí)驗(yàn)研究模擬與實(shí)驗(yàn)研究SimulativeExperimentalInvestigationsonTimeDomainOpticalTopography學(xué)科專業(yè)：生物醫(yī)學(xué)工程研究生：段臨晶指導(dǎo)教師：高峰教授天津大學(xué)精密儀器與光電子工程學(xué)院二零一二年十二月摘要目前對(duì)腦功能進(jìn)行成像的方法主要有正電子發(fā)射層析成像（PositronEmissionTomography，PET）和磁共振功能成像（

2、functionalmagicresonanceimaging，fMRI）。前者對(duì)診斷腦部疾病有獨(dú)特的作用，但其使用的同位素對(duì)人體損傷極大；后者只能間接測量總的血紅蛋白濃度的變化，有禁忌癥。近紅外光學(xué)成像方法（NearinfraredSpectroscopy，NIRS）以其安全無損、非侵入、非電離輻射等優(yōu)點(diǎn)而在醫(yī)學(xué)界得到廣泛關(guān)注。選擇近紅外“治療窗口”范圍內(nèi)的波長，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)活體組織的無損傷及實(shí)時(shí)的探測和成像，還可以直接同時(shí)提供氧合

3、血紅蛋白濃度和還原血紅蛋白的濃度變化信息。由于近紅外光在腦部組織穿透深度的限制，一般采用拓?fù)涞姆绞窖芯看竽X皮層的應(yīng)激反應(yīng)過程。本論文設(shè)計(jì)了一種結(jié)合近紅外光成像方式和時(shí)間相關(guān)單光子計(jì)數(shù)（TimecrelatedSinglePhotonCounting，TCSPC）技術(shù)的時(shí)域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒?，利用時(shí)域擴(kuò)散方程解析解的最小二乘擬合算法和基于計(jì)算值光程的修正的LambertBeer定律方法計(jì)算相鄰的源點(diǎn)與探測點(diǎn)之間的待測組織吸收系數(shù)變化量，并將

4、其和基于經(jīng)驗(yàn)值光程的修正的LambertBeer定律方法進(jìn)行了對(duì)比和分析。本文進(jìn)行了一系列的模擬實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證算法的可行性和有效性，并以基于TCSPC的多通道時(shí)間分辨測量系統(tǒng)為平臺(tái)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。模擬和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)異質(zhì)體尺寸大于源和探測器距離時(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)值光程的修正的LambertBeer方法在量化度上會(huì)出現(xiàn)過估計(jì)問題，且對(duì)于目標(biāo)體的重建形狀會(huì)出現(xiàn)中間區(qū)域估計(jì)值過高，邊緣估計(jì)過低的成像區(qū)域不均勻現(xiàn)象，此時(shí)時(shí)域測量方法對(duì)異質(zhì)體的重建值和重建