基于频域近红外光测量的光学参数重构方法

摘要

本发明属于组织光学研究中的光学参数测量领域，涉及一种基于频域近红外光测量的光学参数重构方法：运用时域蒙特卡洛模拟生物组织模型以进行正向建模，运用快速公式进行频域信息的提取，采用基于二元多项式的快速MC模型来获得任意光学参数下的频域信息，结合L-M优化算法达到对管状组织的光学参数精确重构的目的，并引入聚类分析方法提高重构精度。本发明能同时重建组织的吸收系数与散射系数，并兼具重建速度与重建精度的优势，可以通过测量到的频域信息，即幅值和相位(A，φ)对测量样品的光学参数进行实时、准确的预测。

主权项

1.一种基于频域近红外光测量的光学参数重构方法，其特征在于，包括下列步骤：(1)、针对待检测生物组织的形状建立模型，进行时域正向时域蒙特卡洛模拟，获得组织的时域信息；(2)、采用如下的方法从正向时域蒙特卡洛模拟结果中提取幅值和相位信息：已知每个光子包的权重W_d、平均飞行时间t_d，采用计算某一频率ω₀下的傅立叶变换，再应用式和式分别得出射光的幅值和相位，式中，G_R，G_I分别为的实部和虚部，建立频域信息数据库；(3)对已建立的数据库中的频域信息进行聚类分析，选取测量值幅度A和相位Φ以及组织体光学参量吸收系数μ_a和散射系数μ_s为聚类过程中的4个变量，采用最短距离法的原则对标准化后的变量进行聚类，聚类完成后，分别对每一大类求取其各自的幅的平均值和相位的平均值吸收系数μ_a的平均值和散射系数μ_s的平均值将所得及作为类的中心点，并按照距离公式计算待测点距各类中心的距离，，获取满足d最小的那一类，该类的类中心的即为待测点在重构过程中的初始光学参数值，在距离公式中，与分别代表待测点的幅值和相位信息，n是类的个数，δ_A和分别为数据库中幅值和相位信息的标准差，α为0到1之间的常数；(4)以步骤(3)得到的初始光学参数值作为试探值，采用L-M最优化方法，进行光学参数重构，先由快速MC模型得到初始光学参数所对应的模拟频域信息，计算模拟信息与待测点频域信息之间的误差，根据误差修改每一次迭代过程中的光学参数试探值，再由快速MC模型得到相应的模拟频域信息，并重复进行上述步骤，直至误差达到最小。