【摘要】：擴散光學層析成像(Diffuse Optical Tomography,DOT)以其成像特異性高、非侵入性及無電離輻射的特點,近年來成為檢測和表征乳腺癌或其他軟組織病變最具潛力的影像診斷技術之一。DOT屬于功能分子成像技術,其根據(jù)腫瘤與正常組織血紅蛋白含量的差異性所導致的光學特性的變化來檢測組織病變。基于DOT成像原理實驗室搭建了DOT系統(tǒng),本文主要以DOT定量重建光學參數(shù)為核心,從系統(tǒng)性能優(yōu)化、定量補償、多光譜成像與多模融合展開了一系列研究,三方面內容層層遞進形成一個整體。本文主要研究內容如下:1.系統(tǒng)性能優(yōu)化及測試。DOT系統(tǒng)性能優(yōu)化分為硬件性能優(yōu)化和軟件性能優(yōu)化兩部分。系統(tǒng)硬件性能優(yōu)化部分首先是系統(tǒng)數(shù)據(jù)質量的優(yōu)化,本文通過數(shù)據(jù)分析說明了系統(tǒng)噪聲對測量數(shù)據(jù)質量的影響,為了優(yōu)化測量數(shù)據(jù)質量提出針對噪聲(暗電流)的校正方法,實驗結果證明優(yōu)化后系統(tǒng)對目標物體的恢復效果有了明顯的改善;接著采用了低頻調制來提高系統(tǒng)信噪比的方法,設計了相關實驗并針對實驗結果進行了定量評估,根據(jù)評估結果可知低頻調制后系統(tǒng)的信噪比由36dB提升到了56dB,并且本文根據(jù)定量分析結果給出了實際工程中可參考的調制頻率。軟件性能優(yōu)化部分主要是通過初始光學參數(shù)的優(yōu)化來改善重建圖像質量,由于DOT重建過程的病態(tài)性導致初始光學參數(shù)對重建結果的影響被加倍放大,主要體現(xiàn)在邊界偽影和定位誤差的增大。為了得到合理的光學參數(shù),本文以系統(tǒng)對特異性吸收目標的定位精度為評估標準,通過微擾動的方法得到符合量化標準的光學參數(shù),利用該光學參數(shù)得到的重建結果定位準確并且有效抑制了重建圖像偽影。2.系統(tǒng)定量重建及多光譜成像研究。DOT重建過程的病態(tài)性使得系統(tǒng)的測量數(shù)據(jù)在定量恢復光學系數(shù)方面具有一定的困難,本文針對定量重建提出了基于優(yōu)化系統(tǒng)與構建定量仿體相結合的方法。為了評估系統(tǒng)重建結果對特異性吸收的準確定量,本文設計了系列定量仿體實驗,并通過勻質仿體校正方法驗證了構建定量仿體方法的可靠性和穩(wěn)定性,通過計算重建結果中感興趣區(qū)域的(Interest of Region,ROI)均值可知定量仿體的最大恢復誤差為9%;為了重建含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白的含量,本文進行了離體血液的多光譜實驗,根據(jù)不同波長的光學性質得到660nm-850nm之間含氧血紅蛋白和脫氧血紅蛋白吸收系數(shù)的變化曲線,并且利用多光譜結果成功分離了兩類血紅蛋白。3.PET-DOT同機融合成像。PET-DOT聯(lián)合成像可以實現(xiàn)PET核素標記的外源性成像與DOT內源性成像對病變組織的精準定位與高精度診斷。本文提出基于剛性變換的雙模態(tài)點配準方法,根據(jù)定量計算結果兩種模態(tài)的配準誤差在2mm內,并設計了雙模融合的單孔和雙孔仿體實驗及腫瘤小鼠的生物活體實驗,實驗證明針對小鼠腫瘤DOT與PET成像可以實現(xiàn)信息的相互驗證。
【圖文】：

直接傳輸擴散傳輸圖 1.1 模擬光子在組織中的傳播過程及出射光分類[23].模擬光子在組織中的傳輸路徑，近紅外光通過厚組織體后遭遇多原來的方向性、偏振性、相干性，這些經過組織體多次散射才出，其中擴散光有兩種出射方式：反射和透射，因此 DOT 成像方透射式兩種。反射式成像指光源和探測器在同側如圖 1.2(a)所示用于淺層成像例如腦功能成像；透射測量方式是指光源和探測器，透射式成像的成像深度較反射式有所提高并且使用的更為廣但是早期的光學成像深度有所受限，隨著 650~950nm 近紅外窗外光學成像技術的發(fā)展，光學成像深度可達 10cm 左右，滿足大

了確定組織的性質或獲得關于其空間分布的信息，運用比較穩(wěn)定個有限元節(jié)點上的光學參數(shù)a 。為了得到更優(yōu)解在求解目標函數(shù)，公式 2-3 中的 為正則化參數(shù)， 21021min()()NNjjNMiCiMi 2. 擴散光測量系統(tǒng)光學層析成像的測量方式與 CT 類似，測量過程中需要測量多點激接接觸式或空間光進行光的投射和接收。目前擴散光測量系統(tǒng)主要分辨測量模式、連續(xù)波測量模式和頻域測量模式，本文系統(tǒng)采用的測量模式，如圖 2.1 所示為連續(xù)波的測量原理。連續(xù)波測量結果在設散射系數(shù)為已知量來重建吸收系數(shù)的值，，這點對于腫瘤檢測來人體組織出現(xiàn)病變時最能反映病變特征的就是吸收系數(shù)的變化。
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：R817;TP391.41

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本文編號：2641892