近红外光断层成像的理论和研究进展(1)
磁共振辅助的近红外扩散光学断层成像
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近红外光学断层扫描显微镜诊断癌症的应用
近红外光学断层扫描显微镜诊断癌症的应用红外光学断层扫描显微镜（OPT）是一种可以探测细胞和组织的三维显微成像技术。
近年来，科学家们发现将其与近红外光（NIR）结合使用可以非侵入性地检测和诊断癌症。
这一发现引起了医学界的广泛关注，明日之星小智今天就来为大家详细解析一下这一技术的原理、应用及未来发展。
一、近红外光学断层扫描显微镜技术原理OPT是一种三维显微成像技术，它将微型样本“切片”，然后由计算机重建出组织和器官的三维结构。
OPT在可见光和NIR波段的成像中均具有很大的优势。
NIR 波段穿透力强，可非侵入性地穿过样本，而组织和器官的自然发光也会被NIR所识别。
大部分影像学技术都需要特定的探针或增强剂来突出显示病变或构造。
OPT使用NIR作为光源，来识别器官或组织的发光行为。
NIR与组织中的血红素和肌红蛋白反应，这使OPT能够高分辨率地可视化生物组织中的管道系统和血管分布，同时不需要额外的对比剂。
在光学显微镜研究中，传统的光源不可避免地会影响细胞的生长和发育，而NIR波长的低吸收性质就让OPT成为了一个无扰动的细胞显微技术。
这意味着，OPT提供的组织和器官的三维重建图像不会受到组织和细胞生长的干扰，更加准确。
二、近红外光学断层扫描显微镜在癌症诊断中的应用癌症通常是因为细胞的恶性变化而导致的。
或者，良性病变可能会变成恶性病变，从而引发癌症。
癌症的早期识别和诊断是至关重要的。
OPT技术的非侵入性特征和高分辨率领域成像优势，促进了一项新型癌症诊断技术的发展。
这种新型技术是一种基于NIR的非侵入性癌症检测方法，称为NIR光学断层成像（NIR-OCT）。
NIR-OCT可以在不破坏组织结构的情况下对癌症进行早期诊断。
专家表示，NIR-OCT技术通过使用NIR，可以分辨浸润性病变和正常组织。
NIR-OCT技术可以通过分析肿瘤组织的光学特性来检测和诊断恶性肿瘤。
这种技术能够识别肿瘤的边缘，从而帮助医生更加准确地进行手术。
现代近红外光谱技术及应用进展
现代近红外光谱技术及应用进展一、本文概述近红外光谱（Near-Infrared Spectroscopy，NIRS）是一种基于物质对近红外光的吸收和散射特性的分析技术。
近年来，随着光谱仪器设备的不断改进和计算机技术的飞速发展，现代近红外光谱技术在分析化学、生物医学、农业食品等领域的应用日益广泛。
本文旨在综述现代近红外光谱技术的最新进展，特别是在仪器设备、数据处理方法、化学计量学以及应用领域的最新发展。
文章首先介绍了近红外光谱的基本原理和技术特点，然后重点论述了现代近红外光谱技术在不同领域的应用实例和取得的成果，最后展望了未来发展方向和潜在应用前景。
通过本文的阐述，旨在为读者提供一个全面、深入的现代近红外光谱技术及应用进展的概述。
二、现代近红外光谱技术的理论基础现代近红外光谱技术，作为一种高效、无损的分析手段，其理论基础源自电磁辐射与物质相互作用的原理。
近红外光谱区域通常是指波长在780 nm至2500 nm范围内的电磁波，其能量恰好对应于分子振动和转动能级间的跃迁。
因此，当近红外光通过物质时，分子中的化学键和官能团会吸收特定波长的光，产生振动和转动跃迁，从而形成独特的光谱。
现代近红外光谱技术的理论基础主要包括量子力学、分子振动理论和光谱学原理。
量子力学为近红外光谱提供了分子内部电子状态和行为的基本描述，而分子振动理论则详细阐述了分子在不同能级间的跃迁过程。
光谱学原理则将这些理论应用于实际的光谱测量和分析中，通过测量物质对近红外光的吸收、反射或透射特性，来获取物质的结构和组成信息。
现代近红外光谱技术还涉及到光谱预处理、化学计量学方法以及光谱解析等多个方面。
光谱预处理包括平滑、去噪、归一化等步骤，旨在提高光谱的质量和稳定性。
化学计量学方法则通过多元统计分析、机器学习等手段，实现对光谱数据的深入挖掘和信息提取。
光谱解析则依赖于专业的光谱数据库和算法，对光谱进行定性和定量分析，从而确定物质中的成分和含量。
近红外成像技术在医学中的应用
近红外成像技术在医学中的应用近红外成像技术在近些年的医学领域中逐渐引起了广泛的关注和应用。
该技术可以深入组织内部进行无创检测，具有高灵敏度、高分辨率和高特异性的优点。
本文将从近红外成像原理、仪器设备、应用范围以及未来发展趋势进行分析。
一、近红外成像原理近红外成像技术是通过近红外线的光谱特性来实现对样本物质成分的分析和检测的一种现代光学成像技术。
近红外线与其他光谱区别在于其波长较长，穿透力强，对于吸收杂质的光谱信号影响小，同时红外线功率较低，对样本不会造成危害。
近红外光可以穿透许多生物组织，穿透深度可达数厘米，从而可以在深层组织内部进行检测，如在体内对肝胆、甲状腺和肺部疾病进行检测和诊断等。
近红外成像技术还可以直接观察组织内部水分和脂肪含量的变化，而这些物质则可能是一些疾病的指标之一。
二、仪器设备在近红外成像技术中，光源是关键的一环。
现有的仪器大都采用LED或激光光源。
由于LED光源工作稳定，寿命长，且不会产生光学污染，因此目前大多数商用设备都采用了LED作为近红外光源。
相机设备部分，目前的近红外成像设备市场上主要有无影像设备和有影像设备两种。
其中无影像设备采用纯近红外成像技术，不需要通过屏幕来观察图像，更适用于临床病人的检测。
有影像设备则采用了可见光与近红外光的双重成像技术，可以通过智能化切换可见光和近红外光来实现更丰富的图像操作，方便医生进行疾病诊断与治疗。
三、应用范围在医学领域中，近红外成像技术可以广泛应用于眼科、皮肤科、胃肠科、肿瘤科、神经科等多个疾病的诊断、治疗中。
具体应用如下：1.眼科：在眼科学中，近红外成像技术可以很好的用来对视网膜和玻璃体的后部进行显肿和血管影像的检测。
2.皮肤科：在皮肤学中，近红外成像可以用来研究人体皮肤层化结构和皮肤中的组织组织结构变化，检测皮肤炎症、癌变等现象。
3.胃肠科：在胃肠道检测中，近红外成像被广泛应用于小肠、结肠的组织解剖学、动态变化的观察，以便医生更准确快速诊断病情。
现代近红外光谱技术及应用进展
现代近红外光谱技术及应用进展近红外光谱技术是一种快速、高效、无损的分析技术，广泛应用于化学、食品、药物等领域。
尤其是随着科学技术的发展，现代近红外光谱技术在样品制备、光谱采集、数据处理等方面都有了显著的提升，极大地扩展了近红外光谱技术的应用范围。
近红外光谱是指介于可见光和中红外光之间的电磁波，波长范围为700-2500nm。
现代近红外光谱技术利用近红外光子的能量和量子力学中的跃迁原理，通过对样品进行照射，使样品中的分子吸收近红外光子的能量后从基态跃迁到激发态，再返回基态时发出特征光谱。
通过对特征光谱进行定性和定量分析，可以获取样品的组成、结构和性质等信息。
化学分析：现代近红外光谱技术在化学分析领域的应用主要体现在有机物和无机物的定性和定量分析上。
例如，利用近红外光谱技术对石油样品进行定性和定量分析，可以有效地识别石油中的不同组分，同时也可以对石油中的含硫量、含氮量等进行快速准确的测定。
食品质量检测：在食品质量检测方面，现代近红外光谱技术可以用于食品成分分析、食品质量评估和食品掺假检测等。
例如，利用近红外光谱技术对奶粉进行检测，可以快速准确地检测出奶粉中的蛋白质、脂肪、糖等主要成分的含量。
药物研究：现代近红外光谱技术在药物研究方面的应用主要体现在药物成分分析、药物代谢研究和药物疗效评估等方面。
例如，利用近红外光谱技术对中药材进行检测，可以快速准确地测定中药材中的有效成分含量，为中药材的质量控制提供了一种有效的手段。
近年来，现代近红外光谱技术在国内外都取得了显著的研究进展。
在国内，中国科学院上海药物研究所利用近红外光谱技术对中药材进行有效成分的快速检测，取得了重要的成果。
国内的一些高校和研究机构也在近红外光谱技术的研究和应用方面开展了大量的工作，推动了近红外光谱技术的发展。
在国外，近红外光谱技术已经成为药物研发和食品质量检测的重要手段。
例如，荷兰的菲利普公司成功开发出了一款基于近红外光谱技术的药物代谢研究仪器，可以为新药的开发和疗效评估提供快速准确的数据支持。
基于文献计量的近红外光谱领域研究进展与发展前沿分析
基于文献计量的近红外光谱领域研究进展与发展前沿分析程耘康;薛志平;代廷广;刘庆玉;贺莉
【期刊名称】《中国沼气》
【年(卷),期】2024(42)2
【摘要】近红外光谱作为一种无损、高效、便捷的检测技术,具有操作简单、分析成本低、结果重现性强等优点,是一个具有较强综合性的跨学科研究领域。
基于文献计量对CNKI收录的近红外光谱领域1979~2021年的14207篇中文文献,以及WOS核心合集收录的该领域1993~2021年的37244篇外文文献从年度发文趋势、发文机构、资助基金、关键词共现、国际合作情况、热点前沿等角度进行可视化分析。
结果表明,近年来,近红外光谱领域的研究在全球范围内总体上呈现出趋冷的态势,相较于一些国家,尽管我国在该领域的研究水平较为成熟,但其研究方向及覆盖领域较为单一。
【总页数】11页(P20-30)
【作者】程耘康;薛志平;代廷广;刘庆玉;贺莉
【作者单位】沈阳农业大学工程学院;朝阳市农业农村局;农业农村部成都沼气科学研究所
【正文语种】中文
【中图分类】R45
【相关文献】
1.我国户外运动学术研究前沿领域发展动态分析——基于文献计量学的实证研究
2.化学计量学方法在近红外光谱分析中的应用--近红外光谱法测定汽油辛烷值
3.全球食品领域近红外光谱应用研究文献计量分析
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红外成像光谱的基础研究及应用
红外成像光谱的基础研究及应用红外成像光谱技术（infrared imaging spectroscopy）是一种基于红外辐射的无损分析和检测技术。
它通过将红外辐射反射、透射、散射或发射的光谱信息进行成像处理，可以对物质的结构、成分、形态等进行快速、非接触、大范围和高分辨率的检测与识别。
近年来，随着红外成像光谱技术的不断发展和完善，它已经广泛应用于许多领域，例如医学、环境、食品、化学、材料等。
本文就红外成像光谱技术的基础研究及应用展开探讨。
一、原理和技术1. 原理红外辐射是一种频率介于可见光和微波之间的电磁波辐射。
它具有充分透过大多数非金属物质的特性。
当红外辐射穿过物质时，受到了不同程度的吸收或反射，其反射光谱包含了物质的结构与成分信息。
红外成像光谱技术就是利用红外辐射的这种特性，测量和分析物质的反射光谱，再通过图像处理技术，得到高分辨率的成像结果。
2. 技术红外成像光谱技术基本分为以下几个步骤：采集样品辐射；光谱分析和成像处理；结果分析和识别。
a. 采集样品辐射在采集样品辐射时，可以采用不同的方式。
例如反射法、透射法、散射法和发射法。
通常使用的是反射法和透射法。
反射法是指将红外光发射到样品表面，再通过光谱仪测量它的反射光谱。
透射法则是将样品制成薄片，将红外光照射到样品背面，再通过样品前表面测量其透射光谱。
b. 光谱分析和成像处理在光谱分析和成像处理方面，需要对采集到的红外光谱进行分析。
其中，包括光谱预处和峰识别，即通过对光谱数据分析，找到每个波数位置上的峰，并用化学光谱库进行对比分析。
然后将光谱数据转化为数字图像，实现红外成像。
最后，通过图像处理软件对成像结果进行处理，得到一幅全景图像或者多幅图像拼接后的大范围图像。
c. 结果分析和识别在结果分析和识别方面，可以使用化学图像分析软件或人眼观察等多种方法。
其中，化学图像分析软件可以将不同波数下的峰用伪色图或真彩色图表现出来，方便用户直观观察其分布情况。
近红外原理和应用简介
功能近红外光谱成像技术原理和应用简介一．功能近红外光谱成像技术原理人体组织对不同波段的光具有不同的吸收率。
研究发现，人体组织中携氧血红蛋白(HbO)和脱氧血红蛋白(Hb)对波段在800~2500nm的红外光的吸收率吸引率显著不同并且有交叉，这样就可以通过数学方法间接求出各自的浓度。
功能近红外光谱成像技术(functional Near-infrared spectroscopy, fNIRS)就是应用近红外光波段，通过对一处或多处的组织进行光学照射，然后在照射的对面或同面的一处或多处组织收集反射回来的光，通过研究光在人体组织中的传播特性，基于最新断层成像算法，就可以重建图像，从而间接检测出人体组织内氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白和全血红蛋白的浓度变化。
fNIRS的优点：1)理想的空间定位能力：由于受到容积导体效应的影响，EEG/MEG无法准确的溯源。
与EEG/MEG不同，该fNIRS所测量的血红蛋白浓度恰好反映了测量点所在位置的局部脑活动，从而为建立脑活动与解剖位置的对应关系提供了可能。
2)理想的空间分辨能力：如果有多个脑内源，EEG/MEG无法分辨不同的源。
fNIRS可以较为准确的区分来自不同脑结构的信号，其空间分辨率可以达到1-2厘米。
3)更高的采样率：fNIRS的采样率可以达到0.1秒，远远高于功能磁共振成像。
由于血氧动力学信号中混杂各种生理噪声，比如呼吸、心跳等。
由于fMRI的时间采样率较低，所以无法排除这些生理噪声的影响。
而fNIRS的时间采样率较高，可以测到完整的生理信号，比如心率(~1hz)，血管和代谢过程的低频噪音(~0.1hz)，从而可以滤掉这些生理噪音。
4)更多的测量指标：除了脱氧血红蛋白以外，实现fNIRS还可以提供氧合血红蛋白和总的血红蛋白浓度变化，而fMRI只能提供脱氧血红蛋白的信息。
5)更强的实用性：从实际应用的角度来说，该成像方法具有无可比拟的优势。
它具有可移动性，安静无噪声，使用成本低，容易操作和维护，对被试的限制少，兼容磁性金属物品，允许长时间连续测量和短时间内反复多次测量等特点。
近红外成像原理
近红外成像原理
近红外成像原理是一种利用近红外光波对物体进行成像的技术。
与可见光相比，近红外光的波长范围在700纳米到2500纳米
之间，具有更强的穿透力和更弱的散射能力。
这使得近红外成像技术在医学、农业、环境监测等领域具有广泛的应用前景。
近红外成像的原理基于不同材料对近红外光的吸收和反射特性的差异。
当近红外光照射到物体表面时，物体会对光进行吸收和反射。
不同组织和物质对近红外光的吸收和反射率不同，导致它们在近红外图像中呈现出不同的亮度和对比度。
通过捕捉物体反射的近红外光并将其转化为可见光图像，就可以得到近红外图像。
近红外成像技术可以将组织结构、血液供应、红外热图等信息呈现在图像中。
在医学领域，近红外成像被广泛应用于乳腺癌、脑血流和组织氧合的研究。
在农业领域，近红外成像可以用于监测植物健康状况、土壤质量和农作物水分含量等。
此外，近红外成像也可以用于检测食品的新鲜度和质量。
尽管近红外成像技术有许多应用优势，但它也存在一些挑战。
因为近红外光的波长较长，受到大气吸收和散射的干扰较大，影响了成像质量。
此外，近红外成像设备的成本也较高，限制了其在某些领域的推广。
随着技术的不断发展，近红外成像有望在更广泛的领域得到应用，并带来更大的成果。
基于光谱学的近红外脑功能成像技术研究
基于光谱学的近红外脑功能成像技术研究在神经科学研究中，脑功能成像技术是一项重要的研究手段。
而基于光谱学的近红外脑功能成像技术 (Near-infrared spectroscopy, NIRS) 是一种非侵入性、安全性较高的脑功能成像技术。
近年来，NIRS 逐渐成为研究脑功能和神经健康状况的一种重要手段。
本文将详细介绍 NIRS 技术的原理、特点以及在脑功能研究方面的应用。
一、NIRS 技术原理1、光学法NIRS 技术利用光学法的原理，通过透过头皮和颅骨的近红外光信号来测量脑组织内血氧浓度的变化。
红外光波长长于可见光，能够穿透头皮、颅骨和脑组织较浅层，达到脑皮层深度的1～2cm，可探测到皮层和下皮层脑区域的血氧浓度变化。
2、血红蛋白和氧合血红蛋白NIRS 技术主要测量血红蛋白和氧合血红蛋白对近红外光的吸收，并结合 Lambert-Beer 定律，计算血红蛋白和氧合血红蛋白比例的变化。
当脑区域代谢活跃时，血供将增加，导致血红蛋白和氧合血红蛋白浓度比例的变化。
这种变化可以测量脑活动的代谢需要，并提供比较准确的血氧水平和脑功能活动的信息。
二、NIRS 技术特点1、非侵入性相比其他成像技术如 EEG 、fMRI，NIRS 可以说是非侵入性的。
被试者无需戴上电极或被送入磁共振扫描器。
它只在脑区域表面透过近红外光进行照射和检测，无需伤害头皮和大脑组织。
2、高时域分辨率NIRS 技术具有很高的时域分辨率，可以快速获取到脑区域血氧水平和代谢需要的信息。
其时间分辨率概略为秒级，比 fMRI 要快很多。
3、安全NIRS 技术不产生任何电磁干扰，无需使用昂贵的设备，且环境影响极少。
NIRS 使用的红外光波长也是安全的，不会给被试者带来任何身体或视觉上的不适。
三、NIRS 技术在脑功能研究中的应用1、神经原理在劳动记忆任务中，通过 NIRS 技术可以探测到额叶和顶叶的血氧水平的增加。
同时，不同的神经调节机制也 can be 利用 NIRS 技术进行研究，如反馈机制、社交互动、情绪和注意等。
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近红外光断层成像的理论和研究进展*李韪韬$钱志余综述王惠南审校(南京航空航天大学自动化学院生物医学工程系,南京210016)摘要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。
关键词近红外光断层成像逆向问题正向问题扩散方程玻尔兹曼传播方程中图分类号O43;R445文献标识码A文章编号1001-5515-(2008)01-0208-04The Theory and Research of Near-infrared Optical TomographyLi W eitao Qian Zhiyu Wang Huinan(Departmen t o f Biomedical Engineering,Colle ge o f A utomation Engine er ing,Nanjing Univer sity of Aeronauticsand Astr onautics,Nanj ing210016,China)Abstract T he fundamental theory and new research of near-infrared optical tomogr aphy(N IR OT)w er e intro-duced.N IR OT can offer the functio nal as well as structural information of tissue,so its applications have emerg ed in ar-eas such as functional imag ing of the br ain,br east cancer detection,continue monitoring of the brain in babies and any ot her medical applications.T he paper br oadly divides the types of N IR OT instruments into three groups:continuous in-tensity,intensity-modulated and time-resolved instruments.T he diffuse function of lig ht propag at ion through tissue w as g iven,and emphasized on the two distinct solutions to image reconstruction:linear methods based on inverse scatter ing t heory and non-linear metho ds based on model fitting.Giv e some adv anced wo rk we can do in the future,concurr ent NIR O T and other co nventional anatomical imaging techniques,such as M RI,CT,research on the presence of anisotr opies, contrast ag ent in N IR OT,three-dimensional imag e reco nstruct ion.At last enumerate so me of the fundamental difficult ies involved in N IR O T,such as the intensit y matching problem betw een simulated and exper iment data,the boundary effect problem.A lthough these are often ackno wledged,they remain largely unex plor ed.Key words Near-infrared optical tomography(NIR O T)I nverse problem Forw ar d problem Diffuse function Boltzman transport equation1近红外光断层成像的应用近红外光断层成像(Near-infrared optical to-mography,NIR OT)是一种无损的、非侵入性的测量方法,可以用来获得人体组织光学系数的空间分布图像。
由于人体不同组织的光学系数不同,因此可以根据光学系数的空间分布图像,获得不同人体组织的空间分布。
当光线进入人体组织以后,一部*国家自然科学基金资助项目(30371362)$通讯作者。
E-mail:liw eitao@ 分被组织吸收,一部分被组织散射。
人体组织对波长为690~900nm的近红外光吸收比较少[1~7],因此该波段的光能够进入人体组织较深的部位或者穿过较厚的人体组织,从而能够被测量到。
近红外光断层成像不同于传统的MRI、CT、超声等成像方法的又一个优点是,对生物组织的血氧含量非常敏感,可以获得组织的功能性信息。
正因为如此,近些年来在医学诊断上得到了广泛的应用:如在脑功能的研究[1,2]、乳腺癌症的早期诊断[3,4,5]、婴儿大脑连续监控[6,7]等方面都取得了成功。
第25卷第1期2008年2月生物医学工程学杂志Journal of Biom edical EngineeringVol.25No.1February20082近红外光断层成像的实现方法[5,8,9]实现近红外光断层成像的方法,从激励光源和测量原理的不同,归结起来可以将其分为三大类:第一类为连续-强度光激励和测量方式。
该方式是稳态测量,用连续的光源作为激励源照射在被测组织的表面,检测器检测入射光被组织吸收和散射作用后的光强度,并进行计算机处理,从而获得组织内部的光学参数分布情况。
特点是测量仪器成本低、简单,但是分辨率较低。
第二类为脉冲-时间分辨率光激励和测量方式。
该方式由超快(一般是飞秒级)脉冲激光系统作为光源,同步扫描相机作为检测设备,主要检测积分光强、光子平均飞行时间、时间点扩展函数。
特点是测量精度高,但是设备复杂,成本昂贵。
第三类为调制-相位光激励和测量方式。
该方式的光源是可以用电流进行频率调制的二极管激光器,检测器主要检测与入射光有关的光强(I),相位(5)及调制强度(M)。
特点是设备成本和精度介于第一类和第二类之间。
3近红外光断层成像的理论模型3.1正向模型的建立近红外光断层成像的实验模型是,在被测量的生物组织表面均匀地排列N根光纤,其中一根光纤与光源相连接,向组织内部发射近红外光;另外的N-1根光纤作为检测装置,一次测量可以获得N -1个独立的数据。
之后逆(顺)时针旋转与光源相连接的光纤,继续进行测量,又可以获得N-1个独立的数据。
对于具有N根光纤的近红外光断层成像系统,完整的一组测量最多可以获得N@(N-1)个独立的数据。
因此,光纤的数目决定了近红外光断层成像系统重建图像分辨率的高低,但也和系统的成本和图像重建时间有着密切的关系。
在进行研究时,最少采用8根光纤,才能保证得出的重建图像分辨率有意义。
现在采用较多的时间分辨率近红外光断层成像系统由32根光纤组成[7]。
近红外光断层成像正向模型定义为:给定生物组织8和边界上58的光源{S}以及生物组织8内的光学系数分布{p},求生物组织8的边界58上的光子密度分布{M}。
正向问题用算子表示为:{M} =F[{(p)}]。
光在生物组织中的传播,主要取决于生物组织的吸收系数L a和散射系数L s。
假设光在生物组织中的传播是各向同性的,在强散射的组织中,即组织的L s m L a,光的传播遵循如下的玻尔兹曼方程[10]: 1c#55t5(r,t)-¨5#J(r)¨5(r,t)+La(r)5(r,t)=s(r,t)(1)式中散射系数k(r)表示为J(r)=13[L a(r)+(1-g)L s(r)](2)式中:c为光子在生物组织中的速度;5(r,t)为光子密度;s(r,t)为各向同性的光源;g为各相异性因子;L s c(r)=L s(r)(1-g)为优化散射系数(reduced scattering coefficient)。
当采用连续-强度的光激励和测量方式时,光子密度5(r,t)成为与时间无关的函数5(r),因而式(1)左边的第一项可以忽略。
于是式(1)可以退化为下列方程[8],即-¨#J(r)¨5(r)+L a(r)5(r)=s(r)(3)当采用调制-相位的光激励和测量方式,对方程(1)进行傅立叶变换得到[9]:i Xc#5(r,X)-¨#J(r)¨5(r,X)+La(r)5(r,X)=s(r,X)(4)为了简化计算,实际中假设生物组织8的光子密度5在边界58上的条件满足Dirichlet条件,即5(58)=0。
3.2逆向模型的解决方法)))重建算法近红外光断层成像逆向模型定义为:给定生物组织8、边界58上的光源{s}以及光子密度分布{M},求生物组织8内的光学系数分布{p}。
逆向问题用算子表示为:{p}=F-1[{M}]。
近红外光断层成像的重建算法大体上可以分为两种。
一种是依赖于散射理论的算法,另外一种是非线性多参数优化算法。
3.2.1散射理论的逆向问题这种算法是目前这一领域广泛采用的算法,主要包括反投影法、扰动法、最佳摄动量法、高斯牛顿法[11]等。
反投影法最早用于X射线和正电子发射断层成像(PET),曾被认为同样适用于近红外光断层成像,但是最终证明不能有效地解决图像重建中的逆问题。
扰动法是目前被广泛接受的一种图像重建算法。
把图像重建问题看成一种非线性的逆向问题,即利用一个正向模型,通过光学参数上的微扰所引起的估计值与测量值之间的误差在某种误差范数意义下达到最小,从209第1期李韪韬等。
近红外光断层成像的理论和研究进展而求得该正向模型中的Jacobian矩阵,但是Jacobian矩阵的病态性却是难以克服的。