生物组织的光诱热像层析机理与方法研究

红外热像诊断技术具有操作简便、非接触、无辐射等特点，在医学检测中日益受到重视。但是，传统的红外热像反映的是体表温度的分布，体表温度高低程度和病灶的对应关系十分复杂，限制了该项技术的应用。本项目旨在发展基于红外热像图的生物组织热扩散特性空间分布定量测量的理论和方法，并建立相应的实验系统。首先研究调制光诱导下生物组织瞬态热像图的形成机制，建立瞬态热像形成的理论模型和数值计算程序，分析光强调制频率以及光波频率对生物组织光热转换效率的影响，探索激光入射位置、角度以及生物组织自身热扩散特性在热像图上的表现形式。其次研制光诱热像层析的实验装置，探索光诱导法构建组织内部附加热源的适用方法。最后研究针对瞬态热像反演生物组织的热扩散特性空间分布的三维重建算法，并比较反演的空间热学特性与X射线层析、核磁共振等形态学诊断的差异，为新型的功能性热像层析诊断奠定基础。

经过项目组三年的努力，构建了完善的生物组织光诱传热模型，发展了生物组织瞬态热像图的数值模拟方法，建立了生物组织的热像测试装置，探索了表面热像反演异常热源位置的可行方法，提出了基于非衍射热流传播方程的热扩散长度空间分布的测定方法，研究了热扩散长度的空间分布重建算法。在生物组织光诱传热模型研究方面，详细分析了基于生物组织的导热、对流换热以及与环境之间的传热的热像形成机制，建立了生物光诱传热的概率模型。将随机游走算法和蒙特卡洛方法相结合，成功实现对瞬态热像图的数值模拟。在生物组织的热像测试装置的研制方面，完成了热成像系统、图像采集与传输以及显示与处理系统的组建，并开发了易于操作的图形用户界面。测试装置测得的生物组织的热像图经过图像增强技术和去噪处理可以有效的提高测温精度。在此基础上，研究了表面热像反演异常热源位置的有效途径，我们将点热源深度的作图法与盲去卷积相结合，求出了扩展热源的深度信息。运用等角扇形数据投影重建算法，实现了生物组织的热扩散长度空间分布的重建，为新型的功能性热像层析诊断做出有益探索。