扩散散斑衬比定量模型及其多参数反演

发布时间：2022-12-09 05:01

　　扩散散斑衬比分析（DSCA）结合激光散斑衬比成像（LSCI）技术和扩散相关谱（DCS）技术两者的优势能够实现深层组织的全场成像,DSCA因具有简单、全场、高时空分辨率等优势在生物组织血流监测中具有重大发展前景。但由于缺乏有效描述扩散散斑衬比度与血液流速信息之间关系的解析解,在前人的研究中,不能从散斑衬比度测量值中定量获得血液流动信息,也不能研究组织的光学参数对血液流动信息测量的影响。针对上述问题,本文从理论分析、数值计算和实验三个方面研究了用于定量测量血液流动信息的DSCA模型及其用于血流状态监测的多参数反演问题。针对DSCA缺乏扩散散斑衬比解析解的问题,基于相关扩散方程,得到了有限厚平板介质和半无限大均匀介质中不同散射粒子运动模型（布朗运动和定向运动）的扩散散斑衬比度表达式。利用预先测定的光学参数（吸收系数μa和约化散射系数μs’）和常量因子β等参数,基于散斑衬比度与曝光时间或光源-探测器距离的函数关系,通过反演优化算法得到了组织介质内部的运动参数αDB=2.14×10-8cm2/s,与基于动态光散射技术的测量结果DB-Einstein=2.04×10-8cm2/s吻合较好。基于扩散... 

【文章页数】：120 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 激光散斑衬比成像技术
        1.2.1 激光散斑衬比成像技术原理
        1.2.2 激光散斑衬比成像技术应用和进展
        1.2.3 激光散斑衬比成像技术存在的问题
    1.3 扩散相关谱技术
        1.3.1 扩散相关谱技术原理
        1.3.2 扩散相关谱技术应用和进展
        1.3.3 扩散相关谱技术存在的问题
    1.4 扩散散斑衬比分析技术
    1.5 本文的主要研究工作
2 光在组织体中的传输理论
    2.1 引言
    2.2 光与组织体的相互作用
        2.2.1 组织体对光的吸收效应
        2.2.2 组织体对光的散射效应
        2.2.3 典型生物组织体的吸收和散射特性
    2.3 光在组织体中的传输理论
        2.3.1 辐射传输方程
        2.3.2 扩散近似方程
        2.3.3 边界条件
        2.3.4 光源模型
        2.3.5 扩散光子密度波
    2.4 相关扩散方程及其解析解
        2.4.1 相关扩散方程
        2.4.2 格林函数法求解相关扩散方程
        2.4.3 组织参数对电场自相关函数的影响
    2.5 本章小结
3 扩散散斑衬比分析模型建立及其线性近似
    3.1 引言
    3.2 扩散散斑衬比分析模型
        3.2.1 扩散散斑衬比分析的基本原理
        3.2.2 基于布朗运动的扩散散斑衬比模型及其线性近似模型
        3.2.3 基于定向运动的扩散散斑衬比模型及其线性近似模型
        3.2.4 理论计算结果与分析
    3.3 线性近似模型应用于液体仿体相对速度的测量
        3.3.1 体外模拟组织体
        3.3.2 实验装置与方法
        3.3.3 实验结果与讨论
    3.4 本章小结
4 扩散散斑衬比分析实现定量速度测量研究
    4.1 引言
    4.2 扩散散斑衬比分析中运动参数的定量重建
        4.2.1 扩散散斑衬比模型中运动参数的重建
        4.2.2 线性近似模型中运动参数的重建
    4.3 扩散散斑衬比分析中噪声因素分析
        4.3.1 CCD噪声类型及其对散斑衬比度的影响
        4.3.2 统计噪声及其对散斑衬比度的影响
        4.3.3 扩散散斑衬比分析中噪声因素的校正方法
    4.4 仿体实验及数据处理方法
    4.5 扩散散斑衬比分析的实验结果
        4.5.1 扩散散斑衬比度模型结果
        4.5.2 线性近似模型结果
    4.6 扩散散斑衬比分析中参数影响研究
        4.6.1 曝光时间和光源-探测器距离对DSCA定量速度测量的影响
        4.6.2 光学参数对DSCA定量速度测量的影响
        4.6.3 常用散斑衬比度模型的对比结果
    4.7 本章小结
5 基于多距离多曝光扩散散斑衬比分析的多参数重建研究
    5.1 引言
    5.2 扩散散斑衬比分析的反问题
        5.2.1 反问题的定义
        5.2.2 各参数之间Cross-talk问题
    5.3 多距离多曝光扩散散斑衬比分析的目标函数
        5.3.1 目标函数的定义
        5.3.2 目标函数的求解方法
    5.4 多参数重建的数值计算验证
        5.4.1 数值计算模型
        5.4.2 数值计算结果
    5.5 多参数重建的仿体实验
        5.5.1 实验装置与方法
        5.5.2 实验结果
    5.6 多参数重建中参数影响研究
        5.6.1 MDME-DSCA多参数灵敏度分析
        5.6.2 MDME-DSCA中光源-探测器距离和曝光时间的影响
    5.7 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 研究展望
致谢
参考文献
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]电子倍增CCD性能参数测试方法研究[J]. 张闻文,钱月红,陈钱,顾国华.  红外与激光工程. 2013(12)



本文编号：3714877