乳腺近红外光学断层成像方法研究

摘要

乳腺癌是影响女性健康的恶性疾病,近年来乳腺癌的发病率有逐渐上升的趋势,医学影像技术在乳腺癌的检测和诊疗过程中发挥着举足重轻的作用。近红外光(Near-Infrared,NIR)作为一种非侵入、无辐射光源,已经被成功用于乳腺癌检测、血氧功能成像和新生儿脑监护等多个医学场景,具有很高的研究和应用价值。
　　针对近红外光成像以及使用近红外光对乳腺仿体进行断层图像重建课题进行探索性的研究,主要包括光学断层成像数学模型,近红外光成像硬件采集装置设计,乳腺光学断层图像重建算法设计以及模拟实验等内容。首先利用有限元法FEM和MonteCarlo模拟法求解光子正向传播问题,并且推导逆向模型中最小二乘问题的Levenberg-Marguardt求解算法。然后利用光的反射原理实现单光源双光路的运动扫描控制装置的设计。重点描述本文使用的近红外光断层图像重建方法,给出利用散射模板对乳腺仿体进行光子正向传播的模拟过程以及非线性最优化逆向重建的求解步骤,最后对光学断层图像重建方法进行实验验证。
　　利用特定光学参数分布的化学仿体模拟真实乳腺组织,测量乳腺仿体的高斯散射特性模拟光子正向传播。基于单光源双光路乳腺成像系统模型,获取乳腺仿体行(列)方向上的扫描透照图像序列,构建逆向模型二次规划形式的目标函数,利用迭代算法quadprog求解多参数非线性目标函数,最终得到乳腺仿体对应的多个分层透光度系数矩阵。实验表明,该方法在一定程度上能够对乳腺仿体的断层图像进行重建。

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1 绪论

1.1 研究背景目的和意义

1.2 国内外研究概况

1.3 本文研究内容及组织结构

2 光学断层成像数学模型

2.1 组织光学理论模型研究

2.2 光学断层正向模型建立

2.3 光学断层逆向模型求解

2.4 本章小结

3 乳腺近红外断层图像重建算法设计

3.1 光学断层乳腺仿体流程设计

3.2 近红外光正向传播仿体模拟

3.3 逆向模型推导及求解算法

3.4 本章小结

4 实验与结果分析

4.1 实验步骤

4.2 实验结果及分析

4.3 本章小结

5 全文总结与展望

5.1 全文总结

5.2 展望

致谢

参考文献