光學(xué)斷層成像系統(tǒng)與組織熱凝固監(jiān)控的關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、近紅外光學(xué)斷層成像技術(shù)是一種具有較高臨床應(yīng)用價(jià)值的無損成像技術(shù)，該技術(shù)可以通過獲取組織斷層光學(xué)參數(shù)的空間分布進(jìn)行某些疾病的診斷，目前其成像技術(shù)、疾病診斷機(jī)理等都在不斷完善過程中，其中高分辨率圖像快速重建技術(shù)與腫瘤的在位識(shí)別與診斷是研究熱點(diǎn)之一，也是目前難度較大的課題。本文研究的主要目的是建立一種較快的已知組織內(nèi)部局部形態(tài)信息的光學(xué)參數(shù)實(shí)時(shí)成像重建算法，獲得比較可靠的圖像重建數(shù)學(xué)模型，然后在腫瘤熱療實(shí)時(shí)在位監(jiān)控上進(jìn)行應(yīng)用嘗試，為將來臨床醫(yī)

2、學(xué)應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
　　 論文在完成近紅外光學(xué)成像系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地進(jìn)行了光學(xué)參數(shù)與生物組織熱凝固過程相關(guān)規(guī)律的研究，并將研究結(jié)果結(jié)合近紅外光學(xué)斷層成像技術(shù)應(yīng)用到生物組織局部熱凝固治療實(shí)時(shí)在位監(jiān)控中，獲得了一些重要結(jié)論。
　　 本文主要工作及創(chuàng)新性成果如下：
　　 1.實(shí)現(xiàn)了基于散射傳播理論（Diffusion theory）的生物組織近紅外光學(xué)成像正向問題的求解方法。主要工作有：推導(dǎo)了二維穩(wěn)態(tài)擴(kuò)散方程，提出

3、了適合本課題研究模型的邊界條件，采用Femlab軟件仿真，給出了非均勻光學(xué)介質(zhì)的光子能量分布，完成了正向問題求解。
　　 2.提出了不需要計(jì)算Jacobian矩陣的多參數(shù)優(yōu)化算法完成近紅外光學(xué)斷層成像系統(tǒng)逆向問題的求解思路，給出了完整的優(yōu)化算法數(shù)學(xué)模型。在優(yōu)化算法上提出了進(jìn)制分部編碼的遺傳算法。實(shí)現(xiàn)了近紅外光學(xué)斷層局部參數(shù)重建，大大加快了重建速度（和目前的傳統(tǒng)方法相比），為實(shí)時(shí)在位局部光學(xué)參數(shù)檢測(cè)的實(shí)現(xiàn)提供了可能。
　　

4、 3.設(shè)計(jì)了一套基于連續(xù)光強(qiáng)激勵(lì)的8通道光學(xué)斷層成像系統(tǒng)。能夠?qū)崿F(xiàn)本文的局部光學(xué)參數(shù)圖像重建，通過大量的模型實(shí)驗(yàn)對(duì)系統(tǒng)可行性進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　 4.實(shí)現(xiàn)了通過約化散射系數(shù)對(duì)生物組織局部熱凝固治療過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的設(shè)想，該設(shè)想巧妙地實(shí)現(xiàn)了體內(nèi)溫度－熱凝固過程－光學(xué)參數(shù)的關(guān)聯(lián)，為體內(nèi)溫度和熱凝固程度的無損測(cè)試打下了基礎(chǔ)，有可能解決長(zhǎng)期困擾臨床醫(yī)學(xué)的體內(nèi)溫度和熱凝固程度的無損測(cè)量技術(shù)的難題，這是本文的一個(gè)重要?jiǎng)?chuàng)新。
　　 5.初步

5、達(dá)到了利用近紅外光學(xué)斷層成像系統(tǒng)對(duì)生物組織熱凝固過程進(jìn)行無損監(jiān)測(cè)的目的。系統(tǒng)通過監(jiān)控組織局部熱凝固過程的約化散射系數(shù)來對(duì)組織熱凝固過程進(jìn)行評(píng)估。同時(shí)研究過程中發(fā)現(xiàn)生物組織邊界處的光強(qiáng)與監(jiān)控區(qū)域的約化散射系數(shù)存在密切相關(guān)性，獲得了初步結(jié)論，這部分研究還有待深入。
　　 目前近紅外光學(xué)斷層成像技術(shù)是一個(gè)難度很大的系統(tǒng)課題，許多問題需要進(jìn)行深入研究。本文選擇了局部光學(xué)參數(shù)成像快速算法及其在局部熱凝固治療中的應(yīng)用為出發(fā)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了課題設(shè)想