近红外光断层成像的理论和研究进展

介绍了近红外光断层成像的理论基础和最新研究进展。近红外光断层成像可以提供生物组织的功能性图像,因此在脑功能研究、乳腺癌的诊断、婴儿大脑连续监测等方面取得了成功。文中介绍了广泛使用的成像系统的三种实现方法,以及光子在生物体中传播的基础理论,重点介绍了基于散射理论和非线性最优化法的图像重建算法。介绍了近红外光断层成像的发展方向:与其它成像设备相结合、组织各向异性的研究、对比剂的使用、三维成像的研究等。最后指出了目前所存在的没有很好解决的问题:模拟数据和仪器测量数据的匹配,以及模型边界的设定等。

近红外光断层成像逆问题的优化算法

我们给出了近红外光断层成像逆问题的求解方法,建模和仿真可以获得生物组织的光学系数分布。根据有限元求解玻尔兹曼方程的正向问题方法,利用有限元方法多物理场耦合分析软件包(Femlab)进行建模和正向问题的求解,将此结果作为优化仿真时的数据;把成像逆问题的求解转化为一个优化问题来处理。通过仪器测量数据与理论数据构造标准差优化函数进行光学参数的优化,多参数无约束优化算法主要采用了多种编码的多群体遗传算法。最后给出了利用Femlab和遗传算法求解近红外光断层成像逆问题的完整步骤和仿真结果,验证了本文的方法准确地解决了近红外光断层成像的逆问题。