[發明專利]基于成像光譜儀的生物組織光學參數重構方法

有效

• 申請號: 201911385533.5
• 申請日: 2019-12-29
• 公開（公告）號: CN110911007B
• 公開（公告）日: 2023-07-25
• 發明（設計）人: 趙磊
• 申請（專利權）人: 杭州科洛碼光電科技有限公司
• 主分類號: G16H50/00
• 分類號: G16H50/00;G06F17/16;A61B5/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種基于成像光譜儀的生物組織參數重構方法，通過本發明的裝置與方法，探測生物組織每一個點的反射光譜，通過使用大量光譜數據代替大量空間探測數據，從而提高探測系統的緊湊性與探測效率，在生物組織光學參數重構中，構建三層生物組織模型，同時兼顧了生物組織的復雜性與計算效率，并使用擾動式蒙特卡洛仿真，對光與生物組織的作用進行高效仿真，最后采用雅克比矩陣重構算法，結合光譜探測數據以及擾動式蒙特卡洛仿真，實現生物組織光學參數的重構。

技術領域

本發明屬于光學技術領域，具體涉及一種基于成像光譜儀的生物組織參數重構方法。

背景技術

近年來，生物醫學光子學的研究備受關注，其中一個原因是光學技術在醫療中的應用是無損的、數字量化的，可為醫護人員提供明確的檢查結果。在生物醫學光子學的研究中，生物組織的光學參數重構尤為重要，通過組織光學參數的研究，可對生物組織內部的不同物質的含量進行量化分析。然而，由于生物組織的復雜散射特性，生物組織光學參數的探測系統需要探測大量的數據，才能準確的計算生物組織參數，這對于探測系統的探測模式提出了很高的要求，往往需要布置大量的探測點開展探測工作，以獲取詳盡數據。

本發明專利中，我們提出一種基于成像光譜儀的生物組織參數重構方法，通過使用成像光譜儀對生物組織進行光譜圖像檢測，通過不同波段通道的光譜數據，實現探測區域的大量探測數據獲取，并結合生物物質中重要的吸收、散射物質的光學特性，建立計算模型，重構生物組織光學參數。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提出一種基于成像光譜儀的生物組織參數重構方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案如下：

本發明的算法部分包括三層生物組織模型建模算法、蒙特卡洛正問題建模算法以及雅克比矩陣重構算法，硬件部分包括成像光譜儀、光源與直線掃描電機，光源均勻照射生物組織，成像光譜儀以反射模式檢測光源與生物組織作用的后向散射光，直線掃描電機帶動成像光譜儀做直線位移掃描，獲得二維空間的后向散射光譜，在算法中需要對生物組織進行三層生物組織模型建模，其中第1和第2層生物組織模型定義為非均勻生物組織，并劃分網格體素，每個網格體素定義各自的生物組織的光學參數，第3層生物組織模型定義為均勻生物組織，第三層組織擁有相同的生物光學參數，基于三層生物組織模型，使用擾動蒙特卡洛仿真開展正問題建模，擾動蒙特卡洛仿真由雙步蒙特卡洛仿真組成，第一步蒙特卡洛仿真與經典仿真方法基本相同，但針對“被探測到的光子”，程序將記錄該光子出射時的隨機數種子數值，定義為“有效種子數值”，在第二步蒙特卡洛仿真中，仿真程序將讀取有效種子數值完成光子隨機游走的仿真，并記錄后向散射光強，結合擾動蒙特卡洛仿真的數據，構建雅克比矩陣，并結合探測的后向散射光譜數據，使用逆問題算法，求解生物組織的光學參數。