《實時高分辨擴散光學斷層成像方法研究》是依託華中科技大學，由鄧勇擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：實時高分辨擴散光學斷層成像方法研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：鄧勇
- 依託單位：華中科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
擴散光學斷層成像是一種具有大深度的組織功能成像技術，與螢光探針技術結合可以快速、遠距離、無損傷地反映活體特徵及生物進程。在腫瘤的產生生長機制、蛋白質分子的輸運及相互作用研究、藥物療效檢測方面具有獨特的優勢。.目前，改善成像解析度、提高成像實時性以及對任意幾何形狀的物體成像是擴散光學斷層成像的研究焦點。本項目擬對具有任意形狀複雜邊界物體的光子擴散傳播模型、成像方式和投影重建方法展開研究。通過玻爾茲曼輻射傳輸方程建立高精度的適於任意形狀物體的光子擴散傳播解析模型和有限元數值模型，利用基於體素的Monte Carlo模擬程式研究解析模型和數值模型的精度和實用性。研究基於Born近似的光子測量密度函式的空間敏感性，最佳化源-探配置方式。通過正則化方法，解決求逆過程中方程組的病態性，建立三維高精度快速重構算法。該項目的研究對改善擴散光學斷層成像的解析度、提高實時動態檢測能力、增強實用性具有指導意義。
結題摘要
本項目的在改善成像解析度、提高成像實時性及對任意幾何形狀的物體成像方面開展了系統研究。主要研究內容包括：（1）搭建了的基於雙振鏡快速掃描的自由空間探測的穩態擴散光光學斷層成像系統，基於MFC構建了系統的整個控制平台界面，能夠準確快速的獲得擴散光的二維投影數據。分析了光子測量密度函式的空間敏感性，最佳化了源-探配置方式。(2)首先基於玻爾茲曼輻射傳輸理論構建了了高精度的擴散光學斷層成像模型-體素化的微擾Monte Carlo模型，該模型不受物體光學參數的限制、適對於任意形狀物體進行成像。並針對該方法計算代價昂貴的劣勢，研發了基於CPU/GPU集群模式下的加速圖像重建的方法，提高了該成像模型的實用性。利用該模型進行圖像重建，圖像解析度和量化準確性大大提高。（3）為了提高成像的實時性，構建了基於擴散近似模型的擴散光學斷層成像模型，研究基於有限元法和邊界元法的擴散光學斷層圖像重建方法。發展了邊界元法和快速多極子法結合的快速多極邊界元法用於該成像模型。驗證了快速多極邊界元法法具有高的計算精度和速度。（4）為了改善擴散光學斷層成像的病態性，保證圖像重建結果的穩定性，研究了Tikhonov、Laplacian和Helmholtz正則化對病態性的改善。通過本項目的研究，我們建立了三維高精度快速斷層圖像重建算法。該項目的研究對改善擴散光學斷層成像的解析度、提高實時動態檢測能力、增強實用性具有指導意義。
