[发明专利]基于有限体积法的扩散光学断层成像正向问题处理方法

摘要

本发明涉及有限体积法用于处理扩散光学断层成像正向过程的算法，该方法将待求解生物组织区域的光学特征参数离散成多个相互联系的控制体单元，通过每一个控制体单元上物理量的守恒特性及相互关联特性，从而推广到整个组织体区域，然后结合特定的描述光在组织中传播的理论和有限体积法得到边界处光子密度值。本发明在实施过程中将求解域内的计算转化到求解域的边界，这不仅减少了计算量，同时也具有较高的精度，最终不仅使得处理扩散光学成像正向过程的效率得到很大的提升，同时为扩散光学图像重建的逆问题奠定基础。

主权项

1.基于有限体积法的扩散光学断层成像正向问题处理方法，其特征在于包括以下步骤：(1) 创建组织体模型：使用吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子四个参数描述该生物组织不同区域内的光学特性；(2) 按照精度需求的不同将待求解的生物组织区域按照现有的原始剖分和对偶剖分技术进行剖分，从而将原来连续的生物组织区域转化为离散的三角单元和控制体单元；(3) 在三角单元和控制体单元的节点处定义试探函数空间Φ_h作为该节点处光子密度的近似值，使用现有的稳态扩散方程作为光子在组织内的传输模型，采用现有的双线性方法，将稳态扩散方程在每一个控制体单元上进行积分；结合边界条件，利用 Green 公式，其中Φ表示该节点处的光子密度值，表示控制体单元，表示控制体单元的边界，表示对边界单位外法向的偏导数, 将对控制体单元面积的积分转化成对每个控制体单元上的边界积分的求和；对每一个控制体单元进行相同的稳态扩散方程积分处理，从而得到每一个控制体单元上的稳态扩散方程；(4)将步骤(3)中得到的所有的控制体单元的稳态扩散方程进行组合，形成总区域上的控制体单元方程，得到与稳态扩散方程相对应的线性方程组；求解该线性方程组即得到生物组织体边界处各个节点处的光子密度值。