時域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒ǖ哪M與實驗研究
本文關(guān)鍵詞:時域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒ǖ哪M與實驗研究,由筆耕文化傳播整理發(fā)布。
【摘要】:目前對腦功能進(jìn)行成像的方法主要有正電子發(fā)射層析成像(Positron EmissionTomography,PET)和磁共振功能成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)。前者對診斷腦部疾病有獨(dú)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(xué)成像方法(Near-infrared Spectroscopy,NIRS)以其安全無損、非侵入、非電離輻射等優(yōu)點而在醫(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)計了一種結(jié)合近紅外光成像方式和時間相關(guān)單光子計數(shù)(Time-correlated Single Photon Counting,TCSPC)技術(shù)的時域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒ǎ脮r域擴(kuò)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Lambert-Beer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,并將其和基于經(jīng)驗值光程的修正的Lambert-Beer定律方法進(jìn)行了對比和分析。本文進(jìn)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(jìn)行了實驗驗證。 模擬和實驗結(jié)果表明,當(dāng)異質(zhì)體尺寸大于源和探測器距離時,基于經(jīng)驗值光程的修正的Lambert-Beer方法在量化度上會出現(xiàn)過估計問題,且對于目標(biāo)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(zhì)體的重建值和重建形狀更為理想。該時域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒ú粌H可以靈活設(shè)計源探測陣列排布,亦可采取多波長測量模式,獲取生物組織更多組分信息,因而有望成為現(xiàn)有腦功能成像方法的有益補(bǔ)充。
【關(guān)鍵詞】:擴(kuò)散方程 飛行時間 TCSPC 光學(xué)拓?fù)?/strong> 腦功能成像
【學(xué)位授予單位】:天津大學(xué)
【學(xué)位級別】:碩士
【學(xué)位授予年份】:2013
【分類號】:R318.51
【目錄】:
- 摘要3-4
- ABSTRACT4-7
- 第一章 緒論7-14
- 1.1 本課題研究背景7-9
- 1.2 本課題研究意義9
- 1.3 近紅外光學(xué)拓?fù)涑上?/span>9-12
- 1.3.1 近紅外無創(chuàng)檢測方法9-10
- 1.3.2 光學(xué)拓?fù)涑上?/span>10-11
- 1.3.3 光學(xué)拓?fù)涑上裾雇?/span>11-12
- 1.4 主要研究內(nèi)容12-14
- 第二章 時域光學(xué)拓?fù)涑上竦睦碚摶A(chǔ)14-26
- 2.1 光與組織體的相互作用14-18
- 2.1.1 組織體的吸收效應(yīng)15-17
- 2.1.2 組織體的散射效應(yīng)17-18
- 2.2 近紅外光學(xué)測量模式18-21
- 2.2.1 連續(xù)光測量法18-19
- 2.2.2 頻域測量方法19-20
- 2.2.3 時域測量方法20-21
- 2.3 光在組織中傳播的數(shù)學(xué)模型21-25
- 2.3.1 擴(kuò)散方程21-22
- 2.3.2 時域解析解22-25
- 2.3.3 蒙特卡洛模擬25
- 2.4 本章小結(jié)25-26
- 第三章 近紅外時域光學(xué)拓?fù)涑上穹椒?/span>26-35
- 3.1 基于時域擴(kuò)散方程解析解的最小二乘擬合算法26-28
- 3.2 基于計算值光程的修正的 Lambert-Beer 方法28-32
- 3.3 血紅蛋白濃度確定32-33
- 3.4 本章小結(jié)33-35
- 第四章 近紅外光學(xué)拓?fù)涑上穹椒M驗證35-48
- 4.1 源-探測陣列排布35-37
- 4.2 模擬驗證37-47
- 4.2.1 單點驗證38-43
- 4.2.2 成像驗證43-47
- 4.3 本章小結(jié)47-48
- 第五章 近紅外光學(xué)拓?fù)浞椒▽嶒烌炞C48-56
- 5.1 時間相關(guān)單光子計數(shù)原理48-50
- 5.2 多通道時間分辨測量系統(tǒng)50-52
- 5.3 實驗仿體52-53
- 5.4 實驗結(jié)果53-55
- 5.5 本章小結(jié)55-56
- 第六章 總結(jié)和展望56-58
- 6.1 本文工作總結(jié)56-57
- 6.2 今后工作展望57-58
- 參考文獻(xiàn)58-62
- 發(fā)表論文和參加科研情況說明62-63
- 致謝63
【參考文獻(xiàn)】
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