[发明专利]一种基于电子倍增CCD的扩散光学层析成像系统及方法

说明书

发明领域

本发明属于生理参数测量技术领域，具体涉及应用扩散光学层析成像技术，

背景技术

扩散光学层析成像(Diffuse Optical Tomography，DOT)技术，是利用近红外光照射组织体，探测经由组织体出射的扩散光，从而获得人体组织的光学参数分布图像，并由这些光学参数推测出组织的生理状况和病变信息，进而实现对疾病的诊断。扩散光学层析成像技术具有无创、安全、非电离辐射和高特异性等特点，在乳房肿瘤的早期诊断^[1-3]、脑功能成像^[4，5]和小动物成像^[6，7]等领域具有极大的实际应用潜力。

但是，与其他已经成熟的成像方式相比(如CT、MRI等等)，DOT技术最大的不足就是空间分辨率较低(约在cm量级)。为了提高成像的空间分辨率，一个最可靠的办法是增加光源和探测器的数量，即提高空间的采样率^[8]。使用CCD探测器和空间扫描光源的代替传统接触式DOT测量系统中的光纤阵列，可以极大的提高源和探测器的数目^[8]。但是，大量的测量数据，会带来大量的数据处理时间和计算时间，为成像算法带来了挑战。尤其在某些需要满足动态成像的要求的情况下，一个合理的数据采集方式与一个高效而精确的重建算法显得至关重要。

为了提高计算效率，可以运用三维的蒙特卡洛模拟，较以往的模拟速度整整提高了300多倍，为DOT的重建算法提供了图形处理器并行计算的可能性。或采用直接逆解析格式，避免了传统优化算法的迭代运算，大大提高了重建算法的计算效率。也可采用调制光源照明及压缩传感技术，在节省光源扫描时间的同时，最大限度的实现了CCD有效信息的提取。

虽然国内外各个课题组都致力于提高DOT的成像质量和计算效率，但是因为组织体对近红外光的高散射性，DOT技术目前存在的主要问题仍然是空间分辨率的不足。而且，临床上对动态成像的要求越来越多，如何快速而有效地处理大量的测量数据，目前还没有特别理想的方法。针对非接触的测量方式，光在空间中传播的扩散角度对重建的影响也没有涉及。

[1]A.Corlu，R.Choe，T.Durduran，M.A.Rosen，M.Schweiger，S.R.Arridge，M.D.Schnall，and A.G.Yodh，Three-dimensional in vivo fluorescence diffuse optical tomography of breast cancer in humans，Opt.Express，Vol(15)，6696-6716(2007).

[2]T.S.Chan L Chen.N Chen.Mo，w.Quantitative characterization of optical and physiological parameters innormal breasts using time-resolved spectroscopy：in vivo results of 19 singapore women.J.Biomed.Opt.，14(6)：064004(2009).

[3]P.Taroni，D.Comelli，A.Pifferi，A.Torricelli，and R.Cubeddu，“Absorption of collagen：effects on theestimate of breast composition and related diagnostic implications，”J.Biomed.Opt.12，014021(2007).

[4]S.Perrey.Non-invasive nir spectroscopy of human brain function during exercise.Methods，45(4)：289-299，2008.

[5]J.Selb，D.K.Joseph，and D.A.Boas，“Time-gated optical system for depth-resolved functional brainimaging，”J.Biomed.Opt.11，044008(2006).

[6]R.Weissleder and.V.Ntziachristos，“Shedding light onto live molecular targets，”Nature Med.9，123-128(2003).