本发明专利技术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。本发明专利技术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。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于生物医学成像技术应用和生物医学工程领域，涉及一种。
技术介绍
传统成像手段已经取得了极大的进展，比如CT、核磁共振等。但是伴随着不错的成像效果所带来的风险就是核辐射对人体带来的伤害，也是发展为癌症的诱发因素。光学分子成像手段相对于这些成像方式来说，具有非入侵(non-1nvasive)、无辐射伤害、灵敏度更高的特点。并且光学分子成像具有更宽的可选荧光探针谱，通过探针结合组织中特定分子靶标可以实现在体动态成像，被认为是未来分子成像技术的突破点。而以扩散理论为基础的扩散光学断层成像技术(DOT)，它利用穿过组织的漫射光信息可以重建出组织体在某一个断层面甚至三维空间的光学或生理参数分布。这种技术不仅成本低，而且具有较深的成像深度，在乳腺肿瘤的诊断检测等众多领域有重要的地位.然而现在扩散光断层成像面临的一个重大的瓶颈就是在空间分辨率和时间分辨率上的不足。虽然采用辐射传输方程可以提高精确度，但是，鉴于组织体的复杂性，通常情况下无法得到解析解，正是由于这个原因，数值法，比如有限元、有限差分法等才被广泛地应用于方程的求解，有限体积法也是这众多方法中的一种。
技术实现思路
本专利技术的内容在于提供了一种，该方法可用于二维及三维的扩散光学断层成像正向过程的处理。本专利技术提供了，其步骤如下:，其特征在于包括以下步骤:(I)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Oh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 3 = ΔΦ &@，其中Φ表示该节点处的光子密度值，.表示控制体单元表*； 0 A'；,ΚΡ0、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 on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。步骤(I)中建立组织体模型包括生物组织的背景区域和位于其中的异质体的具体位置、大小及各区域光学特征参数分布情况。步骤(2)中对待求解生物组织区域进行原始剖分和对偶剖分，形成三角单元和控制体单元，具体步骤为:通过对待求解生物组织区域进行原始的三角剖分和重心对偶剖分，将整个生物组织区域离散为控制体单元的集合；将吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子对应离散到每一个控制体单元的节点上。步骤(3)中将稳态扩散方程在每一个控制体单元上进行积分，具体步骤为:以试探函数空间Oh的取值作为各节点处光子密度的近似值；采用双线性方法，首先定义检验函数空间Vh为分片常数空间，定义如下:权利要求1.，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Oh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2.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤(I)中建立组织体模型包括生物组织的背景区域和位于其中的异质体的具体位置、大小及各区域光学特征参数分布情况。3.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤(2)中对待求解生物组织区域进行原始剖分和对偶剖分，形成三角单元和控制体单元，具体步骤为:通过对待求解生物组织区域进行原始的三角剖分和重心对偶剖分，将整个生物组织区域离散为控制体单元的集合；将吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子对应离散到每一个控制体单元的节点上。4.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤(3)中将稳态扩散方程在每一个控制体单元上进行积分，具体步骤为:以试探函数空间Oh的取值作为各节点处光子密度的近似值；采用双线性方法，首先定义检验函数空间Vh为分片常数空间，定义如下: 其中5.根据权利要求1所述的，其特征在于:步骤(4)中将所有的控制体单元的稳态扩散方程进行组合形成总的控制体方程，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组织体边界处各个节点处的光子密度值，具体步骤为:将步骤(3)中得到的每一个控制体单元的稳态扩散方程按照节点顺序进行组合，形成总的矩阵方程，得到与稳态扩散方程相对应的线性方程组，进而将整个生物组织区域的稳态扩散方程写作如下矩阵的形式: ^Φ= (A B (yp = F 矩阵K代表总的控制体单元刚度矩阵，Φ为光子密度值，A，B, C，F分别对应下式中的矩阵元素，如下所示:全文摘要本专利技术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。本专利技术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。文档编号A61B5/00GK103230258SQ201310126048公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月12日 优先权日2013年4月12日专利技术者骆清铭, 邓勇, 连丽超, 龚辉 申请人:华中科技大学本文档来自技高网...
【技术保护点】
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Φh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。FDA0000304043621.jpg,FDA0000304043622.jpg,FDA0000304043623.jpg,FDA0000304043624.jpg...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：骆清铭，邓勇，连丽超，龚辉，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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