[发明专利]一种基于控制蒙特卡罗方法的扩散光学成像方法及系统

权利要求书

1.一种基于控制蒙特卡罗方法的扩散光学成像方法，其特征在于，所述扩散光学成像方法包括：

根据成像分辨率将目标生物组织的空间结构分割成一个三维体素模型；

建立三维数字矩阵，所述三维数字矩阵的元素数量与所述三维体素模型的三维体素的数量相同，且所述三维数字矩阵中每个元素的数值表征一个所述三维体素的组织类型；

获取光源与探测区域的位置关系、各所述组织类型对应的光学特性参数、吸引因子及光子散射方向，其中，所述光源与所述探测区域位于所述三维数字矩阵的两侧；

根据所述位置关系及扩散方程的外推边界确定吸引区域；

根据当前光子的空间位置向量、吸引点的位置向量和所述光学特性参数确定吸引向量，所述吸引点位于所述吸引区域；

根据成像效率和光分布误差确定散射选择次数；

根据所述吸引向量、所述吸引因子及所述光子散射方向确定所述光子散射方向的选择概率；

采用随机函数生成与所述光子散射方向对应的随机数R，0≤R≤1；

判断所述选择概率是否大于所述随机数，获得第一判断结果；

当所述第一判断结果表示所述选择概率大于所述随机数时，所述当前光子移动设定步长后进行下一次散射，并更新所述当前光子的权重；

当所述第一判断结果表示所述选择概率小于或者等于所述随机数时，根据控制蒙特卡罗方法更新光子散射方向，并返回所述“根据所述吸引向量、所述吸引因子及所述光子散射方向确定散射方向的选择概率”；

根据所述探测区域的光子信息确定各光子在探测区域的空间分布图。

2.根据权利要求1所述的扩散光学成像方法，其特征在于，所述根据当前光子的空间位置向量、吸引点的位置向量和所述光学特性参数确定吸引向量，具体包括：

获取当前光子的空间位置向量

根据公式：确定所述当前光子在三维数字矩阵中对应的组织类型的扩散系数，其中，D表示扩散系数，u_s表示散射系数，u_a表示吸收系数，g表示各向异性因子；

根据所述扩散系数确定传输平均自由程及外推边界；

根据公式：确定有效扩散点光源的位置，其中，表示有效扩散点光源的位置向量，表示吸引点的位置向量，l_tr表示传输平均自由程，表示z方向的单位向量；

根据公式：确定表面虚光源的位置，其中，表示表面虚光源的位置向量，Δ表示外推边界；

根据公式：确定吸引向量，其中，表示吸引向量，

3.根据权利要求2所述的扩散光学成像方法，其特征在于，所述根据所述吸引向量、所述吸引因子及所述光子散射方向确定所述光子散射方向的选择概率，具体包括：

根据公式：确定所述光子散射方向的选择概率，其中，表示光子散射方向，表示吸引向量，α表示吸引因子，表示选择概率。

4.根据权利要求3所述的扩散光学成像方法，其特征在于，所述更新所述当前光子的权重，具体包括：

根据公式：更新所述当前光子的权重，其中，w表示更新后的光子权重，w_pre表示更新前的光子权重，表示光子的散射方向的选择概率。