一种基于共轭梯度最优化技术的三维时域扩散光学层析方法
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书书书
第
３６
卷
第
１０
期
中
国
激
光
Ｖｏｌ．３６
，
Ｎｏ．１０
２００９
年
１０
月
ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＬＡＳＥＲＳ
Ｏｃｔｏｂｅｒ
，
２００９
文章编号：
０２５８７０２５
（
２００９
）
１０２５１７０７
一种基于共轭梯度最优化技术的三维时域
扩散光学层析方法
杨
芳
阮平巧
高
峰
赵会娟
（天津大学精密仪器与光电子工程学院，天津
３０００７２
）
摘要
扩散光学层析（
ＤＯＴ
）中的图像重建是一个面向大参数集的非线性最优化问题，其标准 求 解方 法 为牛 顿 类迭
代法，需要对整个
Ｊａｃｏｂｉａｎ
矩阵进行构建、求逆和存 贮，这 对 大 规 模 的 三 维 问 题 是 不 可 行 的，为 此 常 采 用 基 于 逐 行
线性逆策略的非创伤性填充
（
ＡＲＴ
）技术，图像质量受到 严 重制 约。采 用 共 轭 梯 度 算 法，直 接 求 解 非 线 性 目 标 函 数
梯度，可避免对
Ｊａｃｏｂｉａｎ
矩阵的操作，为有效降低步长因子求解引起的附加计 算 量，采 用 一维 不 精确 搜 索算 法。通
过对双非均匀目标体的平板模型进行模拟成像，与代数重建算法结果进行比较，表 明共 轭 梯度 法 的重 建 质量、收 敛
速度和收敛性都优于
ＡＲＴ
算法。
关键词
图像处理；时域扩散光学层析；逆问题；共轭梯度算法；不精确线性搜索
中图分类号
Ｑ６３
文献标识码
Ａ
犱狅犻
：
１０．３７８８
／
ＣＪＬ２００９３６１０．２５１７
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收稿日期：
２００９０４２１
；收到修改稿日期：
２００９０７３０
基金项目：国家自然科学基金（
３０８７０６５７
，
３０６７８０４９
）、国 家
９７３
计划（
２００６ＣＢ７０５７００
）、国 家
８６３
计划（
２００９ＡＡ０２Ｚ４１３
）、天
津市自然科学基金（
０７ＪＣＹＢＪＣ０６６００
）和高等学校创新引智计划（
Ｂ０７０１４
）资助项目。
作者简介：杨
芳（
１９８２
—），女，博士研究生，主要从事乳腺光学层析成像等方面的研究。
Ｅｍａｉｌ
：
ｙ
ａｎ
ｇ
＿
ｃｕｃｋｏｏ
＠
ｈｏｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ
导师简介：高
峰（
１９６３
—），男，教授，主要从事组织光学成像等方面的研究。
Ｅｍａｉｌ
：
ｇ
ａｏｆｅｎ
ｇ
＠
ｔ
ｊ
ｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１
引
言
扩散光 学 层 析（
ＤＯＴ
）是 一 种 新 兴 的 医 学 无 创
检测技术
，在新生儿或早产儿脑血氧检测、脑功能成
像和早期乳腺肿瘤的光学无创检测等诸多领域有着
广阔的应用前景
［
１
～
７
］
。
由于组织体在 近 红外光 （
６５０
～
１０００ｎｍ
）呈 现
高散射和低吸收的 特 性，因此 近 红外光 在 组织体 内
传播以 散射 为主，由 此导 致
ＤＯＴ
图 像 重 建 成 为 一
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