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时域光学拓扑成像方法的模拟和实验研究: 2014年; 针对现有的以修正的朗伯-比尔定律(modified Lambert-Beer law,MLBL)为理论模型的光学拓扑方法存在量化度不准确的问题,提出了一种基于最小二乘拟合算法的时域光学拓扑成像方法.该方法利用时域扩散方程在半无限空间条件下的解析解和测量曲线实现最佳匹配以计算相邻的源点与探测点之间的待测组织吸收系数变化值.对该时域光学拓扑成像方法进行了一系列的模拟验证,并以基于时间相关单光子计数(time-correlated single photon counting,TCSPC)技术的多通道时间分辨测量系统为平台进行了实验验证.结果表明:所提出的最小二乘拟合算法总体上优于传统的基于经验值光程的MLBL方法.; 高峰段临晶李娇张伟易茜武林会王欣; 关键词：飞行时间脑功能成像

一种基于稳态光子计数模式的面向乳腺扩散荧光-光学联合层析成像方法被引量：2: 2014年; 为增强乳腺扩散光学层析(Diffuse Optical Tomography,DOT)方法的实用性,提出了一套稳态扩散荧光-光学联合断层成像系统与算法.系统采用基于光开关切换的串-并混合门控光子计数检测模式,可有效实现测量时间、灵敏度和系统性价比之间的平衡;算法以图形处理器加速的蒙特卡洛光子输运模型为基础,采用了荧光DOT"导航"的血氧DOT图像重建策略,通过利用高对比度荧光DOT的先验位置信息,可有效改善血氧DOT图像重建的不适定性.仿体实验结果表明,与单独DOT方法相比,此联合方法可明显提高图像重建的定位准确度和定量性.; 易茜武林会王欣陈玮婷张丽敏赵会娟高峰; 关键词：生物医学工程乳腺癌诊断蒙特卡洛模拟

近红外脑功能DOT成像双网格半三维算法: 2015年; 采用基于光子输运模型的扩散层析成像（DOT）实现在近红外脑功能成像的诸多方案具有良好的定量研究潜力,但由于其逆问题固有的病态性,传统的全三维重建存在精度和分辨率低以及计算量大等缺点,因此根据实际问题约束和简化重建过程对改善成像性能具有重要意义.根据人体头部的解剖结构及近红外光在人脑中的传输特性,提出了改善逆问题病态性的双网格半三维图像重建算法,即在正问题中采用密集网格剖分下的全三维有限元计算提高计算精度,在逆问题中采用稀疏网格剖分且在同一脑组织层进行二维重建方法.模拟结果表明,对于单目标重建,双网格半三维重建算法与全三维重建算法相比,量化度提高30%、重建速度快4~12倍;对于双目标重建在信噪比30,d B以上的情况,半三维重建算法在CCS=12.5,mm的空间分辨能力与全三维重建算法CCS=20,mm的空间分辨能力相当.; 刘明孟伟周晓青贾梦宇赵会娟; 关键词：脑功能成像有限元

基于多级小波域变换的时域扩散荧光层析成像方法被引量：1: 2014年; 本研究面向基于无限平板荧光扩散解析模型的时域扩散荧光层析成像的反演问题,提出了一种基于多级小波域变换的图像重建方法。与基于全空间域离散像点的传统重建算法不同,采用小波函数对未知参量的空间域进行多尺度分解,通过逐级细化分解尺度来减少重建的未知参量个数,从而有效地改善重建过程的病态性,提高图像的量化度和空间分辨率。仿体实验验证中采用了基于时间相关单光子技术的非接触模式时域测量系统和两个双目标体平板仿体。实验结果证明了所提的图像重建方法可以有效地改善荧光参数重建图像的空间分辨率,而且相较于传统算法其重建图像量化度有着显著地提高。; 李娇张燕赵会娟张丽敏高峰; 关键词：离散小波变换逆问题多尺度分解

Region stepwise reconstruction method based on two source–detector-separation groups for reconstructing background optical properties of two-layered slab sample: 2014年; The accuracy of the background optical properties has a considerable effect on the quality of reconstructed images in near-infrared functional brain imaging based on continuous wave diffuse optical tomography(CW-DOT). We propose a region stepwise reconstruction method in CW-DOT scheme for reconstructing the background absorption and reduced scattering coefficients of the two-layered slab sample with the known geometric information. According to the relation between the thickness of the top layer and source– detector separation, the conventional measurement data are divided into two groups and are employed to reconstruct the top and bottom background optical properties, respectively. The numerical simulation results demonstrate that the proposed method can reconstruct the background optical properties of two-layered slab sample effectively. The region-of-interest reconstruction results are better than those of the conventional simultaneous reconstruction method.; 刘明贾梦宇赵会娟高峰; 关键词：脑功能成像

用于提高成像灵敏度的区域DOT/FMT混合成像方法被引量：1: 2013年; 当前荧光分子层析(FMT)技术因假设背景光学结构均匀而导致其灵敏度、定量性和空间分辨率等主要指标与实际应用要求存在一定的差距,而基于区域标识的"粗粒度"扩散光学层析成像(区域DOT)重建算法在目标体结构先验信息的支持以及光学特性分区均匀性自然假设下能够有效获取目标体的光学结构,展开了提高FMT技术成像灵敏度的稳态测量模式下区域DOT/FMT混合成像方法的研究。数值模拟中以含有区域标记的光学数字鼠模型为背景,分别在已知数字鼠精确光学结构、利用区域DOT重建算法获取的数字鼠光学结构以及假设数字鼠各区域光学参数均匀三种背景情况下基于FMT技术重建荧光产率图像,并利用简化的仿体模型进行实验验证。结果表明,该区域DOT/FMT混合成像方法使FMT技术成像灵敏度有了显著提高,荧光产率图像具有更好的定位及量化精度。; 武林会赵会娟易茜张伟高峰; 关键词：成像系统

基于球谐函数参数化描述的形状扩散光学层析成像方法被引量：1: 2013年; 基于球谐函数参数化描述方法和组织器官光学特性分区均匀性假设,提出了一种稳态测量模式下形状扩散光学层析(DOT)成像方法,它能同时重建组织器官的形状及其内部光学参数。该方法中,正向模型采用扩散方程的边界元数值解法,图像反演则采用Levenberg-Marquardt优化算法。用不同噪声水平下的模拟数据和简化的仿体模型分别进行了模拟和实验验证。重建结果表明,所提出的算法具有较快的收敛速度和较好的全局收敛性,并能有效地恢复目标区域的形状参数和光学参数。; 武林会赵会娟易茜张伟高峰; 关键词：医用光学边界元法逆问题

无限介质中近场辐射率的P5近似: 2016年; 针对辐射率的漫射近似、P3近似等正向模型在描述小源探距离及低约化反照率介质下光子传输时存在的局限性,推导了用于小源探距离低反照率无限媒质中各向同性稳态点光源下辐射传输方程在P5近似下的解析解,并将P3近似、P5近似计算的辐射率分别和蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:在高约化反照率(0.97)条件下,P5近似和蒙特卡洛模拟结果的最大相对误差为13.17%,而P3为41.57%.在低约化反照率(0.69)条件下,最大相对误差分别为27.78%,286.70%.在其他光学参数下,P5近似与蒙特卡洛模拟的最大相对误差均小于P3.在P5适用的范围内舍弃最大特征根相关项,可以简化解析表达式,提高计算速度,且对P5的计算结果影响甚微.稳态辐射率测量系统仿体验证表明,在高、低约化反照率介质中的小源探距离下,由P5近似计算得到的辐射率和实验测量结果相符.; 刘玲玲李晨曦万文博蒋景英贾梦宇张丽敏高峰赵会娟; 关键词：组织光学辐射率勒让德多项式蒙特卡洛模拟

用于宫颈癌筛查的光电联合检测系统被引量：3: 2015年; 为了提高宫颈癌的早期筛查效率以合理分配医疗资源,研制了基于光电联合检测的宫颈癌早期筛查系统.系统顶端放置的光电极手持探头采用电脉冲、红光、绿光及近红外光交替分时刺激宫颈组织,通过光电激励和测量,计算得到组织的光电学特征参数——电压衰减常数和相对反射率,用组织分类算法实现了宫颈癌变的判别.将313例临床检验数据与组织病理检验金标准比对,建立了光电激励下组织响应临床数据库.组织分类结果表明,光电联合检测方法比单独光或电的检测在灵敏度、特异性和总符合率上有较大的提高,与组织病理检验结果的对比表明本文所研发系统总符合率达85.1%,对早期宫颈癌的筛查尤其是落后地区宫颈癌的筛查具有重要意义.; 赵会娟贾梦宇王微雅曲芃芃杨丽红刘芃茜侯强高峰; 关键词：宫颈癌筛查

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国家教育部博士点基金(20120032110056)

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