用于带异质体组织光学参数重建的快速蒙特卡罗成像方法

摘要

本发明属于生物医学工程技术领域，涉及一种用于带异质体组织光学参数重建的快速蒙特卡罗成像算法，包括：确定探测区域，并对其进行轴向剖分，选取剖分网格线的交点为扫描点，得到不同扫描位置下的漫反射光强分布；做光源位于原点、探测器对称分布在其两侧时的MC模拟，得到光子在每个体元内的平均碰撞次数、平均行走的路程长以及所有探测器各自接受到的光子权值；第三步：还原出源探位于所有扫描点时每个体元内的碰撞次数及行走的路程长，计算输出光子的权重，并求出Jacobi矩阵；第四步：计算出异质体位置及其光学参数。本发明的有益效果为：能够对含有异质体组织的光学参数进行重建，同时优化pMC算法，节约存储空间，并缩短计算时间。

主权项

一种用于带异质体组织光学参数重建的快速蒙特卡罗成像方法，包括下列步骤：第一步：确定探测区域，并对其进行轴向剖分，选取剖分网格线的交点为扫描点，得到不同扫描位置下的漫反射光强分布；第二步：做光源位于原点、探测器对称分布在其两侧时的蒙特卡罗模拟，得到光子在每个体元内的平均碰撞次数平均行走的路程长以及所有探测器各自接受到的光子权值w；第三步：还原出源探位于所有扫描点时每个体元内的碰撞次数及行走的路程长，计算输出光子的权重，并求出Jacobi矩阵，方法如下：(1)对蒙特卡罗模拟结果中每一个不全为零的体元按照镜像或者平移关系还原出所有等效的源探‑体元关系对；(2)针对每一个确定的源探‑体元关系对，计算相应的衰减率，设某个源探‑体元关系对的体元为i，其相应的衰减率ξ_i的计算公式为：${\xi }_i={\left(\frac{{\mu }_{\mathrm{si}}^{\prime }/{\mu }_{\mathrm{ti}}^{\prime }}{{\mu }_{\mathrm{si}}/{\mu }_{\mathrm{ti}}}\right)}^{k_i^l}{\left(\frac{{\mu }_{\mathrm{ti}}^{\prime }}{{\mu }_{\mathrm{ti}}}\right)}^{k_i^l}\exp [-({\mu }_{\mathrm{ti}}^{\prime }-{\mu }_{\mathrm{ti}})s_i^l]$式中：μ′_si、μ′_ti——分别为组成异质体的第i个体元的散射系数和总衰减系数；μ_si、μ_ti——分别为组织体均匀部分中第i个体元的散射系数和总衰减系数；——分别是探测器位于光源左侧时目标区域中第i个体元内的碰撞次数和行走的路径长；——探测器位于光源右侧时目标区域中第i个体元内的碰撞次数和行走的路径长；(3)计算每个探测器位置输出光子的权重：$w^{\prime }=w·\underset{i=1}{\overset{i=m}{\Pi }}{\xi }_i·\underset{j-1}{\overset{j=n}{\Pi }}{\xi }_j$式中：ξ_i——异质体区域中分别位于光源左侧时第i个体元的衰减率；ξ_j——异质体区域中分别位于光源右侧时第j个体元的衰减率；m、n——分别为异质体区域中位于光源两侧的体元总数；w、w′——分别为加入异质体前后输出光子权值；(4)通过对散射系数μ′_si、和总衰减系数μ′_ti分别求偏导，得到Jacobi矩阵的系数；第四步：根据各个输出光子的权重和Jacobi矩阵，采用Newton‑Raphson法计算出异质体位置及其光学参数。