[發明專利]基于吸收率的生物組織光學特性參數空間頻域成像方法

在審

• 申請號: 202310429823.5
• 申請日: 2023-04-19
• 公開（公告）號: CN116609326A
• 公開（公告）日: 2023-08-18
• 發明（設計）人: 于雙;韓雨慶;趙煙橋;楊文龍;吳海濱;于曉洋
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G01N21/84
• 分類號: G01N21/84;G01N33/483;G06F17/15
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種基于吸收率的生物組織光學特性參數空間頻域成像方法，包括如下步驟：設置生物組織蒙特卡洛仿真參數；通過蒙特卡洛仿真和一維零階漢克爾變換構建基于吸收率的生物組織光學特性參數查找表；針對參考仿體投射余弦光照明圖案并采集條紋圖像；針對所述條紋圖像進行傅里葉變換、頻域濾波和傅里葉逆變換得到直流分量和交流分量調制度；將參考仿體置換為被測生物組織體，重復前述2個步驟得到直流分量和交流分量調制度；計算直流和交流吸收率測量值；計算吸收率歐氏距離的最小值，查表得到吸收系數和約化散射系數測量結果，得到光學特性參數圖像。本發明以生物組織吸收率為光學特性參數反演的出發點，明顯提高成像靈敏度、減小反演誤差。

技術領域

本發明涉及光學測量與成像技術領域，具體涉及到一種基于吸收率的生物組織光學特性參數空間頻域成像方法。

背景技術

生物組織的光學特性表征在生物檢測和醫學診療方面應用潛力巨大，作為技術制高點得到越來越多的探索。其中，新興的空間頻域成像技術可以實現寬視野和無損定量的生物組織特性光學圖像映射，為在體檢測和臨床診療提供了前所未有的應用范圍。然而，現有空間頻域成像技術是在測量組織漫反射率的基礎上通過反演來實現光學特性參數成像，這帶來2個問題：一是因采用偏振片消除鏡面反射光而導致成像靈敏度低和系統復雜；二是現有漫反射率測量過程中難以消除生物組織介面因粗糙而產生的介面漫反射光，而反演方法卻都是基于不含介面漫反射光的后向漫反射率來實現光學特性參數反演的，結果導致在原理上存在反演誤差。本發明針對上述不足，提出了一種基于吸收率的生物組織光學特性參數空間頻域成像方法。

發明內容

為了提升生物組織光學特性參數空間頻域成像的成像效果，本發明公開了一種基于吸收率的生物組織光學特性參數空間頻域成像方法，相比于現有生物組織光學特性參數空間頻域成像方法，本發明方法通過測量包括介面鏡面反射光、介面漫反射光和后向漫反射光在內的反射率來得到生物組織的吸收率，再基于所得到的吸收率進行光學特性參數反演。本發明的目的是提高生物組織光學參數特性空間頻域成像的靈敏度和減小其反演誤差，從而提升其成像效果。

本發明的目的是這樣實現的：

基于吸收率的生物組織光學特性參數空間頻域成像方法，包括以下步驟：

步驟a、根據生物組織性質，設置生物組織蒙特卡洛仿真參數，包括生物組織仿真樣品的幾何形狀及尺寸、各向異性系數、折射率、周圍介質折射率、網格線數量與間距、入射光子數量與波長、光學特性參數、照明光空間頻率。所述光學特性參數包括吸收系數μ_a和約化散射系數μ_s′；

步驟b、采用步驟a中設置的生物組織蒙特卡洛仿真參數，進行蒙特卡洛仿真、得到與仿真樣品光學特性參數對應的吸收率空間域沖擊響應函數，再進行一維零階漢克爾變換、分別得到零頻f＝0和交流空間頻率f＞0下的仿真樣品吸收率仿真值T(f＝0)和T(f＞0)，構建仿真樣品吸收率仿真值與其光學特性參數之間的映射關系、形成一個基于吸收率的生物組織光學特性參數查找表；

步驟c、針對空間頻率為f＝0和f＞0下的反射率R_ref(f＝0)和R_ref(f＞0)為已知的一個參考仿體，DMD投影儀在計算機控制下向參考仿體表面投射空間頻率為f＞0的余弦光照明圖案，再用CCD相機采集獲得參考仿體表面的余弦條紋圖像I_ref(x,y)，其中x和y為CCD相機像面像素坐標、I_ref(x,y)為像素灰度值；

步驟d、針對余弦條紋圖像I_ref(x,y)進行二維傅里葉變換、得到余弦條紋圖像I_ref(x,y)的頻譜，然后針對該頻譜進行二維頻域濾波、分離提取出其零頻頻譜分量和一階頻譜分量，再分別對零頻頻譜分量和一階頻譜分量進行傅里葉逆變換、得到直流分量圖像和交流分量調制度圖像