磁共振辅助的近红外扩散光学断层成像

将大脑磁共振T1加权像分割为头皮、头骨、脑脊液、灰质和白质,并生成分层体网格.利用具有大脑解剖结构信息的分层体网格建立近红外扩散光学断层成像前向光学模型和实现功能重建,可以避免目前所使用的半球头模或图谱头模空间定位不准的问题,解决图像重建过程中所解方程的欠定性和病态性.在棋盘格旋转视觉刺激及扩张视觉刺激实验中,基于磁共振图像的扩散光学断层成像重建的含氧血红蛋白图像具有更高的空间分辨率及定位精度.

融合结构先验信息的稳态扩散光学断层成像重建算法研究

扩散光学断层成像作为一种无辐射损伤、低成本的光学在体成像技术,有着良好的应用前景,但具有空间分辨率低、难以定量的缺陷.为了提高扩散光学断层成像的分辨率,实现光学参数分布的精确重建,基于有限元方法,提出了融合结构先验信息的稳态扩散光学断层成像重建算法.该算法以扩散近似作为成像模型,通过软先验的Laplace正则化方法引入由MicroCT提供的空间结构信息.采用伴随法计算Jacobian矩阵,Levenberg-Marquardt方法用来进行迭代优化.仿真结果表明该算法不仅能获得精确的光学参数值分布,而且显著地提高了迭代收敛的速度.

定量评估磁共振成像辅助的扩散光学断层成像质量

针对目前扩散光学断层(DOT)成像空间定位精度较低的特点,采用与磁共振成像结合的成像方法,通过有限元网格引入磁共振先验解剖信息,可有效提高重建图像的空间分辨率和定位精度。定义了多个评价指标,利用点扩展函数(PSF)仿真,在不同组织分类和不同的光学参数条件下,定量评估了重建图像空间位置的准确性、有效分辨率和对称性,并给出了具有深度信息的三维重建图像。仿真结果表明,将大脑组织分成头皮、头骨、大脑和脑脊液可以得到最优的扩散光学断层成像的图像质量,且图像质量在三维空间分布较为均匀,同时验证了在一定范围内改变组织的光学参数大小,重建图像指标仅在较小的范围内浮动,对仿真结果影响可忽略。

快速多极边界元法用于扩散光学断层成像研究

在求解扩散光学断层成像中的正向问题时,目前普遍采用有限元法,但是随着实际模型规模的增大,有限元法的计算量问题日益显著,而边界元法则由于可以降低计算维度使计算量减少而备受关注.本文以均匀的高散射介质为模型,研究了将快速多极边界元法用于扩散光学断层成像的正向问题.快速多极边界元法利用核函数的多极展开,将常规边界元法中系数矩阵和迭代矢量的乘积项等价为相应四叉树结构的一次递归,再结合广义最小残量法进行迭代求解.将计算结果和蒙特卡罗法的模拟结果进行了比较,表明利用快速多极边界元法的模拟结果和蒙特卡罗法的结果有很好的一致性.研究结果验证了快速多极边界元法可以用于扩散光学断层成像,为其大规模和实时成像带来可观的前景.

扩散光对大脑及乳腺的功能成像和监测

在乳腺癌成像、大脑的功能激活及临床研究、癌症治疗监测和肌肉疾病的研究等各种医疗解决方案中,功能性扩散光学成像和组织的光谱学技术逐渐成为一种重要的诊断方法。在简要介绍扩散光学的概念后,回顾了实验室多项近期的临床研究,特别是那些针对乳腺癌和脑功能的研究。乳腺癌研究的核心在于试点性的临床试验,目前已经进展到了对扩散光的定量评估,以用于肿瘤的检测和表征,也有助于癌症治疗检测等衍生问题的解决。扩散光学方法的第二个重要应用是在脑功能和生理学研究领域,这个领域中,组织氧消耗、维管联结和调节效应之间的相互作用甚少为人所知。这一方法在脑研究中的应用将会以多个示例介绍,包括临床上对急性缺血性脑卒中病人的看护等。