扩散光学层析成像改善：基于样条插值的测量空间扩展

"本文介绍了一种利用测量空间样条插值扩展来改善扩散光学层析(Diffuse Optical Tomography, DOT)图像质量的方法，尤其针对平板乳腺光学层析成像。这种方法旨在解决扩散光学成像的逆问题，该问题通常具有不适定性，即未知变量多于可用的测量数据。通过样条插值技术，可以在不增加光源和探测器数量的前提下，有效地扩大测量空间，从而缓解逆问题的不适定性，提高重建图像的空间分辨率和量化精度。在模拟实验中，使用内置两个非光学均匀立方体的平板模型进行成像，并分析了重建图像的空间对比度，结果显示，经过样条插值扩展，重建目标的空间分辨率可达到4毫米。" 扩散光学层析是一种非侵入性的光学成像技术，常用于医学领域，如乳腺癌的早期检测。其原理是利用光在生物组织中的扩散特性，通过测量光的传播信息推断组织内部的光学特性，如吸收和散射系数。然而，由于成像过程涉及到复杂的逆问题求解，常常导致重建图像的质量不高，尤其是在空间分辨率和定量准确性方面。 针对这一挑战，本文提出的样条插值扩展方法提供了一种有效的解决方案。样条插值是一种数学工具，能够在有限的数据点之间建立平滑的函数拟合，用于填补数据空缺或增加数据密度。在DOT中，它被用来在现有的测量数据基础上生成更多的虚拟测量点，增加数据的覆盖范围，从而改进重建图像的质量。 在实际应用中，研究人员使用了一个包含两个非均匀立方体的平板模型，模拟了实际的成像环境。通过比较插值前后的重建图像，发现空间对比度得到了显著提升，这意味着图像的细节更加清晰，有助于识别微小的异常结构。此外，4毫米的空间分辨率意味着能够更准确地定位和量化小尺寸的病变，这对于早期发现和治疗乳腺疾病具有重要意义。 这项研究为改善扩散光学层析成像的性能提供了新的思路，尤其是对于那些受限于设备配置但又需要高分辨率图像的应用。通过样条插值扩展测量空间，不仅保持了系统的成本效益，还显著提高了图像质量，对于推动光学成像技术在临床实践中的应用具有积极的影响。