時域光學拓撲成像方法的模擬與實驗研究.pdf

1、時域光學拓撲成像方法的時域光學拓撲成像方法的模擬與實驗研究模擬與實驗研究SimulativeExperimentalInvestigationsonTimeDomainOpticalTopography學科專業(yè)：生物醫(yī)學工程研究生：段臨晶指導教師：高峰教授天津大學精密儀器與光電子工程學院二零一二年十二月摘要目前對腦功能進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）。前者對診斷腦部疾病有獨特的作用，但其使用的同位素對人體損傷極大；后者只能間接測量總的血紅蛋白濃度的變化，有禁忌癥。近紅外光學成像方法（NearinfraredSpectroscopy，NIRS）以其安全無損、非侵入、非電離輻射等優(yōu)點而在醫(yī)學界得到廣泛關注。選擇近紅外“治療窗口”范圍內的波長，不僅可以實現(xiàn)對活體組織的無損傷及實時的探測和成像，還可以直接同時提供氧合

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，一般采用拓撲的方式研究大腦皮層的應激反應過程。本論文設計了一種結合近紅外光成像方式和時間相關單光子計數(shù)（TimecrelatedSinglePhotonCounting，TCSPC）技術的時域光學拓撲成像方法，利用時域擴散方程解析解的最小二乘擬合算法和基于計算值光程的修正的LambertBeer定律方法計算相鄰的源點與探測點之間的待測組織吸收系數(shù)變化量，并將

4、其和基于經驗值光程的修正的LambertBeer定律方法進行了對比和分析。本文進行了一系列的模擬實驗驗證算法的可行性和有效性，并以基于TCSPC的多通道時間分辨測量系統(tǒng)為平臺進行了實驗驗證。模擬和實驗結果表明，當異質體尺寸大于源和探測器距離時，基于經驗值光程的修正的LambertBeer方法在量化度上會出現(xiàn)過估計問題，且對于目標體的重建形狀會出現(xiàn)中間區(qū)域估計值過高，邊緣估計過低的成像區(qū)域不均勻現(xiàn)象，此時時域測量方法對異質體的重建值和重建