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1、近紅外腦功能研究利用對(duì)組織具有幾個(gè)厘米穿透能力的650-900nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的近紅外光,對(duì)頭骨以下約10mm大腦皮層內(nèi)由腦活動(dòng)引起的主要近紅外吸收物質(zhì)的吸收系數(shù)變化進(jìn)行研究。目前多采用基于修正的朗伯-比爾定律(Modified Larmbert-Beer law,MLBL)的拓樸成像系統(tǒng)(optical topography,OT)。但由于MLBL-OT方式簡(jiǎn)單假設(shè)光源與探測(cè)點(diǎn)之間的頭部組織光學(xué)參數(shù)均勻分布,且并未有效反映組織體的散射效
2、應(yīng),所獲取的重建圖像空間分辨率和量化度較低。因此基于擴(kuò)散光層析成像(diffuse optical tomography,DOT)理論的近紅外腦功能成像系統(tǒng)獲得越來越多的關(guān)注。針對(duì)近紅外腦功能常用的平板模型,本文通過對(duì)穩(wěn)態(tài)(continuous wave,CW)DOT圖像重建關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究,旨在為提高近紅外腦功能圖像重建質(zhì)量提供可能的途徑。
首先,根據(jù)人體頭部的解剖結(jié)構(gòu)及近紅外光在人腦中的傳輸特性,本文提出了雙網(wǎng)格半三維圖像
3、重建算法,在正問題中采用密集網(wǎng)格剖分下的全三維有限元計(jì)算以提高計(jì)算精度;在逆問題中采用稀疏網(wǎng)格剖分,且忽略灰質(zhì)內(nèi)光學(xué)參數(shù)沿深度的變化,在同一腦組織層進(jìn)行二維重建。結(jié)果表明,本方法能夠改善傳統(tǒng)CW-DOT逆問題欠定性,提高了重建速度并獲得了高量化度和分辨率的二維重建圖像。
其次,在CW-DOT三維成像研究中,采用多模態(tài)技術(shù)獲取先驗(yàn)信息是改善DOT逆問題的有效途徑,但是采用多模態(tài)方式會(huì)增加測(cè)量系統(tǒng)的成本和算法融合以及配準(zhǔn)方面的開銷
4、,本文提出了一種在單一光學(xué)模態(tài)下獲取―功能先驗(yàn)‖的方法(OT-DOT),實(shí)現(xiàn)了MLBL-OT的―功能先驗(yàn)‖圖像對(duì)DOT重建的自引導(dǎo)。即在傳統(tǒng)Jacobian矩陣中融合由MLBL-OT圖像生成的―功能先驗(yàn)‖模板矩陣,針對(duì)―功能先驗(yàn)‖區(qū)域進(jìn)行重建。結(jié)果表明,在不增加測(cè)量系統(tǒng)成本和實(shí)驗(yàn)代價(jià)的基礎(chǔ)上采用本方法可以有效獲得“功能先驗(yàn)”信息降低逆問題的欠定性,經(jīng)光學(xué)自導(dǎo)引后獲得的三維圖像在X-Y截面和X-Z截面重建質(zhì)量和量化度較傳統(tǒng)DOT方法所得圖
5、像均有所提高。
再次,目前DOT模型中普遍采用離體測(cè)量的一定范圍內(nèi)的經(jīng)驗(yàn)值作為背景光學(xué)參數(shù),該值往往與個(gè)體實(shí)際背景光學(xué)參數(shù)存在一定差異,從而影響感興趣區(qū)域(region-of-interest, ROI)圖像重建質(zhì)量。本文提出了一種多距離源-探組區(qū)域分步重建方法(RSRM)用于獲取近紅外腦功能成像中通用雙層平板模型背景光學(xué)參數(shù)。即根據(jù)不同源-探距離能夠探測(cè)最大深度不同的物理現(xiàn)象,對(duì)傳統(tǒng)DOT重建中Newton-Raphson迭
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