光子密度波散射的優(yōu)化反演算法研究.pdf

1、當(dāng)前，利用擴散光子密度波理論對多散射介質(zhì)(如生物組織)進行光學(xué)成像的研究已經(jīng)逐漸成為一個活躍的研究領(lǐng)域。當(dāng)生物組織中有異常體(如腫瘤)存在時，穿過生物組織的擴散光子密度波會發(fā)生擾動，從而通過測定擴散光子密度波宏觀量(如光通量)的改變，借助特定光子傳輸模型下的計算式進行反演，就可實現(xiàn)異常體的探測。組織體的多散射特性使得反演問題的研究，特別是三維反演問題的研究成為一個值得研究的課題。首先利用給定的人體前臂組織的典型光學(xué)參數(shù)，對生物組織成像進

2、行了模擬研究。模擬計算表明：異常體的位置、尺寸和吸收系數(shù)改變量對光通量的影響顯著。這些模擬結(jié)果為反演算法的設(shè)計提供了理論基礎(chǔ)。反演問題可以通過極小化模型解與測量值之間的誤差以得到滿足測量值要求的光學(xué)參數(shù)分布。上述問題實質(zhì)是一個最優(yōu)化問題。為此，構(gòu)建了不同反演情況的優(yōu)化模型。對于反演優(yōu)化問題，原則上可應(yīng)用現(xiàn)有的許多優(yōu)化方法，但考慮到一般計算機內(nèi)存容量和運算速度的限制以及正問題求解的復(fù)雜性，選擇算法時應(yīng)盡量滿足以下兩個要求：1)避免正向算子

3、各階導(dǎo)數(shù)的計算與存儲；2)盡量減少正問題的求解次數(shù)。因此，本文提出并研究了用于解決反演問題的改進和聲搜索算法(HS)。該算法實現(xiàn)簡單，并可很容易地加入約束條件，不需要線性搜索，可避免過多地求解正問題而降低運算速度。針對傳統(tǒng)HS難以確定記憶庫取值概率和音調(diào)調(diào)節(jié)率最佳值及計算量大、易早熟等缺點，提出的改進HS可以較高的效率和精度解決此類反演問題。結(jié)合三維組織體的散射模型，比較了傳統(tǒng)HS和改進HS進行反演分析的結(jié)果與效率。結(jié)果表明，利用HS進