本文關(guān)鍵詞：基于擴(kuò)散近似理論的時域熒光層析成像方法研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：半個多世紀(jì)以前,世界上第一臺激光器誕生之后,關(guān)于激光的探索和研究取得了迅猛發(fā)展。激光技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于信息通訊、測量、材料加工、生物醫(yī)學(xué)、軍事和科學(xué)技術(shù)等諸多領(lǐng)域。利用近紅外光輻照介質(zhì)探測介質(zhì)內(nèi)部信息的光學(xué)成像技術(shù)得到了快速發(fā)展,尤其是熒光擴(kuò)散光學(xué)成像技術(shù)因其高對比度和強(qiáng)選擇性等優(yōu)點備受關(guān)注。熒光擴(kuò)散光成像技術(shù)主要有穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)(包括時域和頻域)兩種測量模式。相較于基于穩(wěn)態(tài)和頻域測量模式的熒光擴(kuò)散光成像技術(shù),時域熒光擴(kuò)散光成像技術(shù)可以探測更多的介質(zhì)內(nèi)部信息,在數(shù)據(jù)完整性、靈活性及系統(tǒng)穩(wěn)定性等方面都具有獨(dú)特的優(yōu)勢,已經(jīng)成為目前研究的熱點方向。本課題的主要內(nèi)容為基于耦合擴(kuò)散方程的時域熒光擴(kuò)散光學(xué)成像方法研究,具體包含如下的內(nèi)容:1.建立了熒光擴(kuò)散光成像技術(shù)的正向傳輸模型,解釋并模擬了入射激光和受激熒光在介質(zhì)內(nèi)的傳輸過程,利用有限元法求解耦合擴(kuò)散方程組,得到介質(zhì)邊緣指定位置的出射熒光信號。對正問題模型進(jìn)行了正確性、網(wǎng)格無關(guān)性和時間獨(dú)立性驗證,細(xì)致地分析了入射激光脈沖寬度、背景介質(zhì)光學(xué)參數(shù)、介質(zhì)內(nèi)含熒光體大小和位置、熒光體光學(xué)參數(shù)等因素對于介質(zhì)邊緣出射熒光信號的影響。2.基于時域耦合擴(kuò)散方程組模擬了二維矩形非均勻介質(zhì)在含有不同熒光體時的出射熒光信號,并利用共軛梯度法反演了含不同數(shù)目異質(zhì)體時介質(zhì)內(nèi)部的熒光參數(shù)。為改善重建圖像質(zhì)量,在反演時引入最大后驗概率估計方法。另外,分析了對比度和測量誤差對于反演結(jié)果的影響。3.基于時域耦合擴(kuò)散方程組對二維圓形非均勻介質(zhì)出射熒光信號進(jìn)行模擬,并利用共軛梯度法對含不同數(shù)目異質(zhì)體的介質(zhì)進(jìn)行了單熒光參數(shù)和雙熒光參數(shù)重建。為改善重建圖像質(zhì)量,在反演時引入最大后驗概率估計方法。另外,分析了對比度和測量誤差對于介質(zhì)內(nèi)含一個熒光異質(zhì)體時熒光產(chǎn)率和熒光壽命同時反演的影響。
【關(guān)鍵詞】：擴(kuò)散近似方程 有限元法 時域測量 熒光信號 熒光參數(shù)重建
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN249;O439
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-23
• 1.1 課題背景及意義10-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 激光作用下參與性介質(zhì)輻射傳輸理論研究15-18
• 1.2.2 熒光擴(kuò)散光學(xué)成像技術(shù)研究18-21
• 1.3 本文的主要研究內(nèi)容21-23
• 第2章 超短脈沖激光入射非均勻參與性介質(zhì)的出射熒光信號模擬23-50
• 2.1 引言23
• 2.2 激光照射下熒光的產(chǎn)生機(jī)理及基本表征參量23-26
• 2.2.1 熒光的產(chǎn)生機(jī)理24-25
• 2.2.2 熒光的基本表征參量25-26
• 2.3 擴(kuò)散近似方程26-28
• 2.3.1 控制方程26-27
• 2.3.2 定解條件27-28
• 2.4 擴(kuò)散近似方程的求解方法28-35
• 2.4.1 擴(kuò)散近似方程的解析解法—格林函數(shù)法28-30
• 2.4.2 擴(kuò)散近似方程的數(shù)值解法30-35
• 2.5 時域耦合擴(kuò)散方程組35
• 2.6 正確性和網(wǎng)格無關(guān)性以及時間獨(dú)立性驗證35-42
• 2.6.1 正確性驗證36-38
• 2.6.2 網(wǎng)格無關(guān)性驗證38-40
• 2.6.3 時間獨(dú)立性驗證40-42
• 2.7 其他因素對出射熒光信號的影響42-49
• 2.7.1 入射激光脈沖寬度的影響42-44
• 2.7.2 背景介質(zhì)光學(xué)參數(shù)的影響44-45
• 2.7.3 介質(zhì)內(nèi)含熒光異質(zhì)體大小的影響45-46
• 2.7.4 介質(zhì)內(nèi)含熒光異質(zhì)體位置的影響46-47
• 2.7.5 介質(zhì)內(nèi)含異質(zhì)體光學(xué)參數(shù)的影響47-49
• 2.8 本章小結(jié)49-50
• 第3章 基于瞬態(tài)耦合擴(kuò)散方程組的二維矩形域熒光成像方法研究50-73
• 3.1 引言50
• 3.2 二維矩形介質(zhì)中出射熒光信號的正向模擬50-55
• 3.2.1 含單個熒光體時出射熒光信號的模擬51-52
• 3.2.2 含兩個熒光體時出射熒光信號的模擬52-53
• 3.2.3 含三個熒光體時出射熒光信號的模擬53-54
• 3.2.4 含四個熒光體時出射熒光信號的模擬54-55
• 3.3 二維矩形介質(zhì)中熒光產(chǎn)率的重建研究55-63
• 3.3.1 逆向問題研究55-58
• 3.3.2 二維矩形介質(zhì)中熒光產(chǎn)率的重建58-63
• 3.4 介質(zhì)中含不同數(shù)目熒光體時熒光產(chǎn)率和熒光壽命的同時重建63-72
• 3.4.1 含單個熒光體時的同時重建研究63-69
• 3.4.2 含兩個熒光體時的同時重建研究69-70
• 3.4.3 含三個熒光體時的同時重建研究70-72
• 3.5 本章小結(jié)72-73
• 第4章 基于瞬態(tài)耦合擴(kuò)散方程組的二維圓形域熒光成像方法研究73-91
• 4.1 引言73
• 4.2 二維圓形介質(zhì)中出射熒光信號的正向模擬研究73-78
• 4.2.1 含單個熒光體時出射熒光信號的模擬74-75
• 4.2.2 含兩個熒光體時出射熒光信號的模擬75-76
• 4.2.3 含三個熒光體時出射熒光信號的模擬76-77
• 4.2.4 含四個熒光體時出射熒光信號的模擬77-78
• 4.3 二維圓形介質(zhì)中熒光產(chǎn)率的重建研究78-81
• 4.3.1 含單個熒光體時的重建78-79
• 4.3.2 含兩個熒光體時的重建79-80
• 4.3.3 含三個熒光體時的重建80-81
• 4.4 介質(zhì)中含不同數(shù)目熒光體時熒光產(chǎn)率和熒光壽命的同時重建81-90
• 4.4.1 含單個熒光體時的同時重建研究81-87
• 4.4.2 含兩個熒光體時的同時重建研究87-89
• 4.4.3 含三個熒光體時的同時重建研究89-90
• 4.5 本章小結(jié)90-91
• 結(jié)論91-92
• 參考文獻(xiàn)92-98
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果98-100
• 致謝100

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本文編號：480950