【摘要】：擴(kuò)散光學(xué)層析成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)以其成像特異性高、非侵入性及無電離輻射的特點(diǎn),近年來成為檢測和表征乳腺癌或其他軟組織病變最具潛力的影像診斷技術(shù)之一。DOT屬于功能分子成像技術(shù),其根據(jù)腫瘤與正常組織血紅蛋白含量的差異性所導(dǎo)致的光學(xué)特性的變化來檢測組織病變�；贒OT成像原理實(shí)驗(yàn)室搭建了DOT系統(tǒng),本文主要以DOT定量重建光學(xué)參數(shù)為核心,從系統(tǒng)性能優(yōu)化、定量補(bǔ)償、多光譜成像與多模融合展開了一系列研究,三方面內(nèi)容層層遞進(jìn)形成一個(gè)整體。本文主要研究內(nèi)容如下:1.系統(tǒng)性能優(yōu)化及測試。DOT系統(tǒng)性能優(yōu)化分為硬件性能優(yōu)化和軟件性能優(yōu)化兩部分。系統(tǒng)硬件性能優(yōu)化部分首先是系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量的優(yōu)化,本文通過數(shù)據(jù)分析說明了系統(tǒng)噪聲對(duì)測量數(shù)據(jù)質(zhì)量的影響,為了優(yōu)化測量數(shù)據(jù)質(zhì)量提出針對(duì)噪聲(暗電流)的校正方法,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明優(yōu)化后系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)物體的恢復(fù)效果有了明顯的改善;接著采用了低頻調(diào)制來提高系統(tǒng)信噪比的方法,設(shè)計(jì)了相關(guān)實(shí)驗(yàn)并針對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定量評(píng)估,根據(jù)評(píng)估結(jié)果可知低頻調(diào)制后系統(tǒng)的信噪比由36dB提升到了56dB,并且本文根據(jù)定量分析結(jié)果給出了實(shí)際工程中可參考的調(diào)制頻率。軟件性能優(yōu)化部分主要是通過初始光學(xué)參數(shù)的優(yōu)化來改善重建圖像質(zhì)量,由于DOT重建過程的病態(tài)性導(dǎo)致初始光學(xué)參數(shù)對(duì)重建結(jié)果的影響被加倍放大,主要體現(xiàn)在邊界偽影和定位誤差的增大。為了得到合理的光學(xué)參數(shù),本文以系統(tǒng)對(duì)特異性吸收目標(biāo)的定位精度為評(píng)估標(biāo)準(zhǔn),通過微擾動(dòng)的方法得到符合量化標(biāo)準(zhǔn)的光學(xué)參數(shù),利用該光學(xué)參數(shù)得到的重建結(jié)果定位準(zhǔn)確并且有效抑制了重建圖像偽影。2.系統(tǒng)定量重建及多光譜成像研究。DOT重建過程的病態(tài)性使得系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)在定量恢復(fù)光學(xué)系數(shù)方面具有一定的困難,本文針對(duì)定量重建提出了基于優(yōu)化系統(tǒng)與構(gòu)建定量仿體相結(jié)合的方法。為了評(píng)估系統(tǒng)重建結(jié)果對(duì)特異性吸收的準(zhǔn)確定量,本文設(shè)計(jì)了系列定量仿體實(shí)驗(yàn),并通過勻質(zhì)仿體校正方法驗(yàn)證了構(gòu)建定量仿體方法的可靠性和穩(wěn)定性,通過計(jì)算重建結(jié)果中感興趣區(qū)域的(Interest of Region,ROI)均值可知定量仿體的最大恢復(fù)誤差為9%;為了重建含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的含量,本文進(jìn)行了離體血液的多光譜實(shí)驗(yàn),根據(jù)不同波長的光學(xué)性質(zhì)得到660nm-850nm之間含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白吸收系數(shù)的變化曲線,并且利用多光譜結(jié)果成功分離了兩類血紅蛋白。3.PET-DOT同機(jī)融合成像。PET-DOT聯(lián)合成像可以實(shí)現(xiàn)PET核素標(biāo)記的外源性成像與DOT內(nèi)源性成像對(duì)病變組織的精準(zhǔn)定位與高精度診斷。本文提出基于剛性變換的雙模態(tài)點(diǎn)配準(zhǔn)方法,根據(jù)定量計(jì)算結(jié)果兩種模態(tài)的配準(zhǔn)誤差在2mm內(nèi),并設(shè)計(jì)了雙模融合的單孔和雙孔仿體實(shí)驗(yàn)及腫瘤小鼠的生物活體實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)證明針對(duì)小鼠腫瘤DOT與PET成像可以實(shí)現(xiàn)信息的相互驗(yàn)證。
【圖文】：

直接傳輸擴(kuò)散傳輸圖 1.1 模擬光子在組織中的傳播過程及出射光分類[23].模擬光子在組織中的傳輸路徑，近紅外光通過厚組織體后遭遇多原來的方向性、偏振性、相干性，這些經(jīng)過組織體多次散射才出，其中擴(kuò)散光有兩種出射方式：反射和透射，因此 DOT 成像方透射式兩種。反射式成像指光源和探測器在同側(cè)如圖 1.2(a)所示用于淺層成像例如腦功能成像；透射測量方式是指光源和探測器，透射式成像的成像深度較反射式有所提高并且使用的更為廣但是早期的光學(xué)成像深度有所受限，隨著 650~950nm 近紅外窗外光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展，光學(xué)成像深度可達(dá) 10cm 左右，滿足大

了確定組織的性質(zhì)或獲得關(guān)于其空間分布的信息，運(yùn)用比較穩(wěn)定個(gè)有限元節(jié)點(diǎn)上的光學(xué)參數(shù)a 。為了得到更優(yōu)解在求解目標(biāo)函數(shù)，公式 2-3 中的 為正則化參數(shù)， 21021min()()NNjjNMiCiMi 2. 擴(kuò)散光測量系統(tǒng)光學(xué)層析成像的測量方式與 CT 類似，測量過程中需要測量多點(diǎn)激接接觸式或空間光進(jìn)行光的投射和接收。目前擴(kuò)散光測量系統(tǒng)主要分辨測量模式、連續(xù)波測量模式和頻域測量模式，本文系統(tǒng)采用的測量模式，如圖 2.1 所示為連續(xù)波的測量原理。連續(xù)波測量結(jié)果在設(shè)散射系數(shù)為已知量來重建吸收系數(shù)的值，，這點(diǎn)對(duì)于腫瘤檢測來人體組織出現(xiàn)病變時(shí)最能反映病變特征的就是吸收系數(shù)的變化。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：R817;TP391.41

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 趙會(huì)娟;賈夢宇;秦轉(zhuǎn)萍;王爽;陳雪影;李嬌;張林;高峰;;壓縮傾角薄層光學(xué)層析成像系統(tǒng)[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2016年06期

2 張偉;高峰;武林會(huì);馬文娟;盧奕名;趙會(huì)娟;;面向乳腺腫瘤診斷的時(shí)域擴(kuò)散熒光 光學(xué)層析成像系統(tǒng)[J];紅外與毫米波學(xué)報(bào);2013年02期

3 ;用光學(xué)層析成像方法研究二相流場[J];中國計(jì)量學(xué)院學(xué)報(bào);2001年02期

4 劉維;高峰;趙會(huì)娟;徐可欣;;用于乳腺檢測的多通道擴(kuò)散光學(xué)層析成像系統(tǒng)[J];醫(yī)療衛(wèi)生裝備;2007年01期

5 李建榮;;基于小波變換的光學(xué)層析成像重建[J];激光雜志;2015年10期

6 鄭瑩娜,李揚(yáng),劉強(qiáng),陳健,陳長纓;光學(xué)層析成像空間陣列傳感器研究[J];激光與光電子學(xué)進(jìn)展;2001年10期

7 彭美杰;趙景秀;孟靜;孔園園;;非均勻介質(zhì)下基于區(qū)域重建的彌散光學(xué)層析成像[J];光電子技術(shù);2011年03期

8 阮平巧;劉艷芳;高峰;趙會(huì)娟;楊芳;;基于多區(qū)域橢圓參數(shù)化描述的形狀擴(kuò)散光學(xué)層析成像方法研究[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2009年09期

9 年方磊;許世軍;范卉;張雪峗;;果蔬表皮的光學(xué)層析成像實(shí)驗(yàn)研究[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2017年04期

10 武林會(huì);趙會(huì)娟;易茜;張偉;高峰;;基于區(qū)域標(biāo)識(shí)的“粗粒度”擴(kuò)散光學(xué)層析成像方法穩(wěn)態(tài)測量模式[J];光學(xué)學(xué)報(bào);2013年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前4條

1 黃良敏;丁志華;洪威;;基于相位編碼的高靈敏度多普勒光學(xué)相干層析成像研究[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2011年學(xué)術(shù)大會(huì)摘要集[C];2011年

2 丁超;王向朝;步鵬;;基于Lomb周期圖的頻域光學(xué)相干層析成像方法[A];第十二屆全國光學(xué)測試學(xué)術(shù)討論會(huì)論文（摘要集）[C];2008年

3 陳延平;全國濤;駱衛(wèi)華;曾紹群;駱清銘;;用于小動(dòng)物模型的熒光擴(kuò)散光學(xué)層析成像[A];中國光學(xué)學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)大會(huì)論文摘要集[C];2006年

4 謝敬輝;孫萍;李聞;康果果;劉科;;復(fù)合掃描全息術(shù)原理及用于生物醫(yī)學(xué)成像性能研究[A];2005年中國光學(xué)學(xué)會(huì)全息與光學(xué)信息處理專業(yè)委員會(huì)年會(huì)暨建會(huì)20周年紀(jì)念會(huì)[C];2005年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 佟珊珊;基于穩(wěn)態(tài)輻射傳輸方程的擴(kuò)散光學(xué)層析成像的方法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

2 畢波;擴(kuò)散光學(xué)層析成像重構(gòu)算法的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2015年

3 阮平巧;基于形狀的擴(kuò)散光學(xué)層析成像理論與技術(shù)研究[D];天津大學(xué);2010年

4 馬藝聞;面向早期乳腺癌檢測的時(shí)域擴(kuò)散光學(xué)方法研究[D];天津大學(xué);2009年

5 唐錦萍;基于輻射傳輸方程的擴(kuò)散光學(xué)層析成像理論與算法研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

6 金蒙;基于輻射傳輸方程的擴(kuò)散光學(xué)層析方法的研究[D];天津大學(xué);2010年

7 秦轉(zhuǎn)萍;面向?qū)m頸癌診斷的頻域內(nèi)窺式擴(kuò)散光學(xué)層析成像技術(shù)[D];天津大學(xué);2013年

8 王嵩;PET/DOT混合成像關(guān)鍵技術(shù)研究[D];浙江大學(xué);2012年

9 盧彥斌;X射線CT成像技術(shù)與多模態(tài)層析成像技術(shù)研究[D];北京大學(xué);2012年

10 楊芳;基于平板檢測模式的時(shí)域乳腺擴(kuò)散光學(xué)層析先進(jìn)方法研究[D];天津大學(xué);2010年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 王民;基于SiPM的緊湊型擴(kuò)散光學(xué)乳腺成像設(shè)備研制[D];西安電子科技大學(xué);2019年

2 馬小雅;擴(kuò)散光學(xué)層析成像系統(tǒng)優(yōu)化及其與PET融合成像的研究[D];西安電子科技大學(xué);2019年

3 權(quán)靚;基于光學(xué)層析掃描系統(tǒng)的圖像重構(gòu)的研究[D];合肥工業(yè)大學(xué);2019年

4 徐建光;基于光學(xué)層析成像的火焰溫度場檢測與分層重建實(shí)驗(yàn)研究[D];華北電力大學(xué)(北京);2018年

5 呂高旗;擴(kuò)散光學(xué)成像硬件系統(tǒng)構(gòu)建與性能測試[D];西安電子科技大學(xué);2018年

6 王易誠;旋轉(zhuǎn)式光學(xué)層析成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];合肥工業(yè)大學(xué);2017年

7 許軍;穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散光學(xué)層析成像及快速多極邊界元法研究[D];華中科技大學(xué);2013年

8 劉維;用于乳腺擴(kuò)散光學(xué)層析成像的多通道光子計(jì)數(shù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D];天津大學(xué);2007年

9 劉艷芳;基于形狀的擴(kuò)散光學(xué)層析成像重建算法研究及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[D];天津大學(xué);2009年

10 陳雪影;面向早期宮頸癌檢測的小傾角薄層光學(xué)層析成像系統(tǒng)研究[D];天津大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2641892