基于时间分辨测量的近红外光三维层析成像研究

针对近红外漫射光层析成像中的三维成像问题展开了理论和实验研究.利用开发的以强度和平均飞行时间作为数据类型的三维重建算法对数值仿真模型进行了重建,同时采用多通道时间相关单光子计数层析成像系统对固体样品进行了三维成像.结果表明：所发展的算法较忠实地重建出了样品内部的异质体结构;采用的差分重建方法有利于提高重建的抗噪性能;提出的单层测头配置模式对于三维成像具有实际意义.     

基于双积分球的宽光谱组织光学参数测量系统与方法研究

组织光学参数测量是生物医学光子学的主要研究内容之一,人体组织光学性质与其生理病理状态密切相关。近年来,利用组织光学特性,特别是吸收与散射特性进行组织成像诊断及无创成分检测成为生物医学光子学领域研究热点,为肿瘤早期诊断、代谢动态监护及光动力治疗等临床应用提供了基础。双积分球方法能够同时测量离体组织吸收系数、散射系数等,具有测量准确、快速,适用范围大等优点,作为光学参数测量的标准方法得到广泛研究与应用。利用双积分球及超连续激光器搭建了宽光谱的组织光学参数测量系统,分析了积分球测量传递函数与误差来源及系统最佳测量条件,建立了基于BP-MCML的系统校正正向模型与L-M算法的光学参数反构算法。在此基础上,测量了1 100～1 400 nm连续宽谱范围内Intralipid溶液光学参数,实验结果表明改进后反构算法测量结果比较准确,多次测量标准偏差在3%以内,不同波长下约化散射系数及吸收系数测量结果与其他研究小组得到的测量结果对比,偏差小于3.4%。     

针对小动物的锥束CT重建的研究及验证

基于经典3D Shepp-Logan模型,应用射线追踪和射线衰减定律得到锥束CT的模拟仿真数据.利用FDK三维重建算法实现锥束CT图像重建,采用仿真图像对重建算法进行了验证,通过搭建的锥束CT系统和自制仿体进行了层析成像和图像重建.结果表明:算法可较为准确地重建出原物体的空间分布和密度关系,针对仿真数据的中心断层重建图像的空间分辨率可达到8 lp/mm.     

大动态范围飞秒扫描变象管理论设计与实验评价

设计了一种具有大动态范围的多用途飞秒扫描变象管,其理论时间分辨率可达50fs.分别借助掺钛蓝宝石飞秒激光器和YAG皮秒激光器对其性能进行了实验评价.获得了同步工作状态下时间分辨率1.8ps以及单次扫描工作状态下动态范围优于128:1的结果.     

光学CT图象重建的数值模拟研究─Kosenbrock坐标轮换法

时间分辨光学CT技术因其对生物组织体的无损性,在生物成象领域引起了广泛的兴趣和研究,已提出许多方案,意在克服由于生物组织体中的多光散射效应所造成的成象障碍.本文简述了基于扩散方程近似的光学CT正向问题有限元解法,提出采用直接搜索优化算法-Rosenbrock坐标轮换法求解时间分辨光学CT中的图象重建问题,给出了基于积分光强和光子平均飞行时间及其加权组合的二维图象重建问题的数值模拟结果,证实了该方法的可行性.     

有效探测区域的内窥式漫射层析成像图像重构算法

为了减少近红外漫射光内窥式成像设备的造价和图像重构时间,提出了有效探测区域检测方法和相应的内窥式图像重构算法,用于实现对吸收系数和约化散射系数的同时重构.首先采用蒙特卡罗模拟研究了某源点激励下的有效探测区域;其次发展了基于有效探测区域的图像重构算法;最后讨论了有效探测区域内测量点数对重构结果的影响,并用模拟数据验证了所...     

基于图像分割的时域乳腺扩散光学层析成像方法

鉴于乳腺光学层析成像方法中的不适定性严重影响重建图像性能,引入图像分割技术.通过选择合适的图像分割阈值,将基于全域重建的图像分割为背景区域和目标区域,再对得到的"目标区域"进行二次图像重建.数值模拟研究表明,该技术可有效地减小反演变量的维数,提高重建图像的性能.     

一种基于测量空间样条插值扩展的扩散光学层析图像改善方法

面向基于光扩散模型的平板乳腺扩散光学层析反演问题,提出了一种有效提高图像重建质量的方法.针对扩散光学成像逆问题存在不适定性的特点,在不增加源和探测器数量的基础上,通过样条插值的方法有效地扩展测量空间,由此改善了逆问题中未知量远远多于已知量(测量值)的问题,在一定程度上减轻了反演问题的不适定性,使得重建图像在空间分辨率和量化度上都有相应的提高.通过对内置两非光学均匀立方体的平板模型进行模拟成像,并分析重建图像的空间对比度.结果表明:经过样条插值对测量空间的扩展,重建目标的空间分辨率可以达到边对边4 mm.