基于光子散射的功能成像技术

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1、第38卷第l期光子学报Vo1．38NO．12009年1月ACTAPHOToNICASINICAJanuary2009基于光子散射的功能成像技术宛田宾，霍剑青，王维平。，王晓蒲(1中国科学技术大学天文与应用物理系，合肥230026)(2新奥博为技术有限公司，河北廊坊065000)摘要：阐述了基于光子散射模型下的功能成像技术．运用蒙特卡罗方法对光子在介质中的散射路径进行了模拟和分析，从而引入光子散射的概念．通过对光子散射方程的解释引入了散射光子密度波的概念．通过无限大模型下光子密度波的波方程，引出光子密度波的异质模型．建立了基于消元的奇异值弱化重建算法，完成

2、了对病态方程的求解，实现了对内嵌于均匀介质中异质的吸收系数分布图像的重建．在基于光散射成像技术所开发的成像系统平台下实现了异质小球的成像实验，对多个不同浓度的物体完成了成像，探测到介质中由于微小浓度改变而引起的吸收系数变化．关键词：散射光子密度波；奇异值分解；功能成像中图分类号：TP751．2文献标识码：A文章编号：1004—4213(2009)01_0152—80引言法和奇异值分解(SVD)算法是解决这类逆向问题的两类主要算法，基于这两种算法思想，为了解决病态近年来，分子成像技术成为国际医疗诊断领域问题，文献E1-43做了大量的工作．本文使用SVD算研

3、究的热点．利用不同波长的激光光谱获取人体组法重建光学图像，但由于在光子散射成像的重建问织内部的生理信息，并进行空间成像成为分子成像题中，通过前向模型获得的权值矩阵w的条件数极领域中的一个重要研究方向．当前在医疗领域内所大，使用SVD进行重建时，如此大的条件数将会导应用的成像技术从成像方式上看，可分为两类，一类致反解过程不稳定，在测量值上一个小的扰动就会是结构性成像技术，另一类是功能性成像技术．X射使得求解结果有较大的偏差．同时，对于具有较大规线成像技术是典型的结构性成像技术，被测量物体模的逆向问题，该方法的计算速度太慢，不能满足应不同的组成成分对射线的吸

4、收是不相同的，当射线用的要求．为此就需要对病态权值矩阵进行重以直线方式穿出后，通过胶片或者CCD对射线敏感整]，从而使得重建结果对真值有一个较好的近物质或者器件对出射射线强度进行成像，这种图像似．本文针对光散射重建问题提出基于消元的奇异反映的被测物体内部的密度信息，无法知道其功能值弱化重建算法，将一个欠定的逆向求解问题转化性的信息．而功能性成像的目标是获取被测物体某为一个收敛的超定逆向求解问题，并使得求解过程一方面的功能性信息，这些信息是不同于单纯的密具备较好的抗干扰能力．本文对基于光子密度波成度信息，例如在测量人体组织时不仅要知道其密度，像理论给予了较

5、为系统的介绍与分析，并通过体模而且要知道其血液的分布，以及其血液中氧的分布，试验验证了该技术的有效性和广泛的应用前景．将这种分布以图像的方式显示出来就是所谓的功能1光散射和光子密度波性成像．本文中所介绍的基于光子散射的成像技术就是1．1光在高散射介质中散射蒙特卡罗仿真一种功能性成像技术，光在被测物体中以光子密度在白漆、牛奶、生物组织这些透明介质中，光射波的形式传播，其传播规律以波尔兹曼输运方程描线的传播并非以直线的方式传播制．微观上，当追述，通过对逆问题的求解，获得被测物体内部的吸收迹某个光子时，其在介质中与介质颗粒进行随机的系数对特定波长的光在空间中的

6、分布，从而获得被弹性碰撞，该光子运动的轨迹是随机的．宏观上，光测物体的功能性影像．但由于这类成像系统是大动子在经过一次随机碰撞后，若其出射方向遵循某种态范围系统，其最终将面临一个病态线性方程的求概率分布函数，则能够预测到经过该次散射事件后解，如何使得反解过程稳定并具有一定的抗干扰能其向某方向行进的概率．光在介质中经过多次散射力成为这一类问题的难点．共轭梯度(CG)迭代类算后一部分光子被介质内部的载色团吸收，一部分光子由介质边界穿出(见图1)．通过在介质边界上放Tel：O3162595905Email：wantb@mail．ustc．edu．cn置探测器能

7、够捕获到出射光在边界上的分布．收稿日期：2007—09—021期宛田宾，等：基于光子散射的功能成像技术l530r且LSoauseCerSq图1光子在混浊介质中的迁移Fig．1Photonmigrationinturbidmedia图3散射分布函数光在高散射介质中由于散射粒子的存在，其运Fig．3Scatteringdistributionfunction动轨迹是一个随机过程，本文通过蒙特卡罗技术追当某条离散的光线经历一次散射事件时，使用SDF迹光线运动路径，从而深入了解光在高散射介质中计算其在不同散射出射角条件下散射光线的辐射通的转播规律．蒙特卡罗方法是

8、一种用于计算随机过量，当该光线最终通过多次散射或者其散射辐射通程所产生结果的技术