[发明专利]基于频域近红外光测量的光学参数重构方法

说明书

技术领域

本发明属于组织光学中的光学参数测量领域，具体涉及一种基于频域近红外光测量的光学参数重构方法。

技术背景

近年来宫颈癌发病率增高严重威胁女性健康。大量研究表明早期、及时的诊断对于宫颈癌的治疗至关重要。

近红外光学法作为早期宫颈癌的新的诊断方法，与传统检测方法相比，具有无创、快速、测量准确等优点。它通过对生物组织体光学参数(包括吸收系数μ_a和散射系数μ_s)的准确检测，为疾病诊断提供可靠依据。

生物组织光学参数的近红外测量方法主要分为连续光测量方法，时域测量方法⁽¹⁾和频域测量方法⁽²⁾。由于频域系统的廉价，精确等特性，我们选取在频域中进行测量。在频域测量系统中，入射光强度被调制到几百MHz，当此调制光通过组织体后，可通过诸如外差法获得正弦信号幅度的衰减及相位延迟.频域系统因设备简单、测量速度快而在宫颈癌漫射光诊断中获得重视。基于频域测量的重构过程即是由测量值(幅值信息A和相位信息Ф)获得组织体光学参量(吸收系数μ_a和散射系数μ_s)的过程。

光学参量重构(反演)建立在描述光在组织体中传输模型(正向模型)的基础上。生物组织体光学参数分布任意，边界条件复杂。采用辐射传输方程(Radiative Transfer Equation，RTE)来解决光在随机介质中的传播问题无法求出精确解析解，于是提出各种近似解法，最常用的为漫射近似⁽³⁾(也称P1近似)模型。然而，漫射近似在解决如宫颈组织之类复杂几何模型的光传输问题上，精度不高^(4，5)，不存在优势。

蒙特卡洛(Monte-Carlo，MC)方法则更加灵活易用，它是一种统计模拟随机抽样的方法，主要用于模拟各种输运现象。它根据待求解问题或物理现象本身的变化和统计规律，构造出一个合适的概率模型或随机过程，通过大量统计实验来计算所求参数。MC模型描述光在组织中的传播具有以下优势：(1)实现简单，模拟准确，其运行过程只需组织体的几个局部光学参数；(2)可模拟任意几何形状、边界条件和光学参数分布下的光传输行为；(3)能够在输出量中自然地引入本征播送噪声性能，从而有效地建立试验统计模型。

参考文献：

(1)Shay Keren，Olivier Gheysens，Craig S.Levin，et al.A Comparison Between a Time Domain andContinuous Wave Small Animal Optical Imaging System，IEEE Transactions On Medical Imaging，2008，27(1)：58-63.

(2)Anand T.N.Kumar，Scott B.Raymond，Brian J.Bacskai，et al.Comparison of frequency-domain andtime-domain fluorescence lifetime tomography，Optics Letters，2008，33(5)：470-472.

(3)谢树森，雷仕湛，光子技术，北京：科学出版社，2004：214-253.

(4)吕可诚，张春平，张光寅等，生物光子学进展，光子学报，1997，26，12：1123-1129.

(5)苏畅，丁海曙，白净，生物组织光谱学技术，国外医学生物医学工程分册，1995，18，6：316-323.

(6)Tom Collier，Dizem Arifler，Anais Malpica，Determination of Epithelial Tissue Scattering CoefficientUsing Confocal Microscopy，Journal Of Selected Topics In Quantum Electronics，2003，9(2)：307-313.

发明内容

本发明的目的是提供一种新的组织光学参数重构方法，该方法能够准确、快速提取获得任意组织光学参数下的频域信息，并在逆向求解中，具有较快的局部收敛速度和重构精度。

本发明的技术方案如下：

一种基于频域近红外光测量的光学参数重构方法，包括下列步骤：

(1)、针对待检测生物组织的形状建立模型，进行时域正向时域蒙特卡洛模拟，获得组织的时域信息；