一种用于近红外光脑功能研究的自引导扩散光层析成像方法

摘要

本发明公开了一种用于近红外光脑功能研究的自引导扩散光层析成像方法，包括：首先获得每个源点对应探测点位置光强；对探测点位置光强按照MLBL‑OT获得探测区域吸收系数变化的二维拓扑图像并进行图像分割，实现吸收系数变化区域有效定位，生成该区域定位模板矩阵K；按照DOT重建方式采用Newton‑Raphson迭代法求解，计算节点的Jacobi矩阵J，获得OT‑DOT重建方程；计算得出预定探测内吸收系数变化，绘制OT‑DOT重建图像。本发明可以在近红外光学模态测量方式下根据MLBL‑OT定位脑功能变化区域改善DOT逆问题欠定性，从而提高重建速度的近红外脑功能自引导成像方法。

主权项

一种用于近红外光脑功能研究的自引导扩散光层析成像方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤一、在头部预定探测区域按扩散层析成像探测方式、以相邻最近两点之间的距离为10mm并按照矩形阵列排布源‑探位置点，在各位置点放置光纤；探测时，其中一个位置点为源点，其余各点为探点；首先，指定其中一位置点为源点，获得该源点对应的探点位置的光强，依此类推，直至以每一位置点均作为源点为止，分别测量得到预定探测区域脑活动状态的探测器光强测量结果向量Ma和人体静息状态光强测量结果向量Mr；步骤二、头皮和头骨层的厚度为h，选择与源点距离大于等于2h的探点位置光强，按照修正朗伯‑比尔拓扑成像方法获得头部预定探测区域吸收系数变化△μ_a的二维拓扑图像；步骤三、对二维拓扑图像进行图像分割，实现吸收系数变化区域有效定位，并生成所述预定探测区域的由修正朗伯‑比尔拓扑成像引导扩散层析成像的模板矩阵K，包括以下步骤：对修正朗伯‑比尔拓扑成像结果以吸收系数变化△μ_a中的最小值作为阈值进行区域划分，得到二维拓扑图像下的脑功能变化区域ROI和未发生脑功能变化区域n‑ROI；对头部预定探测区域数学模型采用有限元方法计算三维节点坐标(x,y,z)和静息状态模拟光强分布向量Fr；根据头部预定探测区域内三维节点坐标(x,y,z)的(x,y)是否属于脑功能变化区域ROI或者未发生脑功能变化区域n‑ROI，生成一个模板矩阵K计算公式为：式(1)中：k——为模板矩阵K内的元素；nr^ALL——为模板矩阵K的行号，表示脑功能变化区域ROI内三维节点在预定探测区域内节点中的索引号；nr^ROI——为模板矩阵K的列号，表示脑功能变化区域ROI内三维节点在脑功能变化区域ROI中的索引号；步骤四、按照扩散层析成像重建方式采用Newton‑Raphson迭代法求解，计算预定探测区域内节点的Jacobi矩阵J，根据矩阵K和J生成由修正朗伯‑比尔拓扑成像引导扩散层析成像OT‑DOT重建方程；根据求解组织体内三维光学参数分布时散层析成像逆问题数学方程表示OT‑DOT方式计算公式为：$\frac{Ma·Fr}{Mr}-F\left({\mu }_a\right)=J·{{\mathrm{K\Delta \mu }}_a}^{ROI}---\left(2\right)$式(2)中：F(μ_a)——为通过正问题求解的边界处探测点光强向量；△μ_a^ROI——为经过模板矩阵筛选后ROI区域内吸收系数变化；步骤五、对OT‑DOT重建方程进行计算得出预定探测区域内吸收系数变化，并且利用MATLAB软件绘制OT‑DOT重建图像。