恭喜哈尔滨理工大学于双获国家专利权
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龙图腾网恭喜哈尔滨理工大学申请的专利基于频率优化漫射方程的皮肤组织光学特性参数反演方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN116227227B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-05-23发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202310320049.4,技术领域涉及:G06F30/20;该发明授权基于频率优化漫射方程的皮肤组织光学特性参数反演方法是由于双;张文强;赵烟桥;杨文龙;于欣;于晓洋设计研发完成,并于2023-03-29向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于频率优化漫射方程的皮肤组织光学特性参数反演方法在说明书摘要公布了:本发明基于频率优化漫射方程的皮肤组织光学特性参数反演方法属于生物组织空间频域成像技术领域,具体涉及光学特性参数反演方法;该方法包括以下步骤:设置皮肤组织仿真样品参数;设定光学特性参数的取值与组合;通过蒙特卡洛仿真得到漫反射率;构建皮肤组织漫射方程组并通过最小二乘算法进行反演;通过计算分析得到反演误差的变化规律;设定初值,测量得到皮肤漫反射率并反演出光学特性参数;通过迭代优化全衰减系数得到最优空间频率采样区间与采样间隔和最优光学特性参数;相比于基于漫射方程的皮肤组织光学特性参数反演方法,本发明方法的有益效果在于能得到最优空间频率采样区间与采样间隔,有效地减小光学特性参数反演误差。
本发明授权基于频率优化漫射方程的皮肤组织光学特性参数反演方法在权利要求书中公布了:1.基于频率优化漫射方程的皮肤组织光学特性参数反演方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤a、皮肤组织仿真样品设定为面积无穷大的平板,仿真样品几何参数中厚度设定为d=2cm、深度z方向上的网格线总数设定为nz=200、半径r方向上的网格线总数设定为nl=300、网格线间距即分辨率设定为Δ=0.01cm;根据皮肤组织光学性质,仿真样品物理参数中各向异性系数设定为g=0.9、折射率设定为n2=1.4、其周围介质折射率设定为n1=1,入射光子数量设定为m=106、光波长设定为λ=633nm;将这些参数设定值置入生物组织光传输蒙特卡洛仿真模型,形成皮肤组织光传输蒙特卡洛仿真模型,所述皮肤组织光传输蒙特卡洛仿真模型输入量为皮肤组织光学特性参数μa,μ′s和皮肤表面条纹光的空间频率fj、输出量为漫反射率仿真值Rμa,μ′s,fj,所述皮肤组织光学特性参数包括吸收系数μa和约化散射系数μ′s;步骤b、依据实际皮肤组织光学特性参数,设定入射光波长为633nm时皮肤组织光传输蒙特卡洛仿真模型的输入量吸收系数μa取值和约化散射系数μ′s取值及其组合参见表1:表1输入光学特性参数设定值及其30组组合cm-1 表1中全衰减系数μtr为μtr=μa+μ′s令fj=γ×μtr其中,fj以全衰减系数μtr为单位归一化表达为γ;根据表1中设定值,再考虑到漫射近似方程的前提条件fj<0.33μtr,设定起始空间频率fmin取值范围为0μtr-0.08μtr、取值间隔为0.01μtr、取值共计9个,设定终止空间频率fmax取值范围为0.09μtr-0.33μtr、取值间隔为0.03μtr、取值共计9个,对每组光学特性参数μa,μ′s即每个全衰减系数μtr都形成81个空间频率采样区间,从光学特性参数反演相对误差最小角度出发设定空间频率采样间隔Δf在μ′s=10cm-1时为0.3cm-1、在其它情况下为0.4cm-1;步骤c、针对表1中每组光学特性参数μa,μ′s,在每个空间频率采样区间[fmin,fmax]中,以空间频率采样间隔Δf为步长得到空间频率采样点fj=fmin+j×Δf,其中j=0,1,2,…,J、J=floor[fmax-fminΔf]、floor为向下取整函数,将光学特性参数μa,μ′s和空间频率采样点fj置入皮肤组织光传输蒙特卡洛仿真模型,运行皮肤组织光传输蒙特卡洛仿真程序,得到每组光学特性μa,μ′s下皮肤组织仿真样品在每个空间频率采样区间[fmin,fmax]中空间频率采样点fj下的漫反射率仿真值Rμa,μ′s,fj;步骤d、将皮肤组织仿真样品折射率n2=1.4置入生物组织漫射近似方程,得到 其中j=0,1,2,...,J,则得到一个含有J+1个方程的方程组,且Rμa,μ′s,fj是通过蒙特卡洛仿真得到的皮肤组织漫反射率仿真值;采用最小二乘算法求解所述方程组,得到吸收系数反演仿真值和约化散射系数反演仿真值步骤e、按照下面公式进行计算得到反演仿真值和的相对误差和为 那么得到30组仿真样品在81个空间频率采样区间[fmin,fmax]下的反演仿真值和的相对误差;最后对比分析所有反演仿真值的相对误差,以反演仿真值相对误差最小为原则得到最佳起始频率fmin和最佳终止频率fmax与μ′s之间的关系,参见表2:表2最佳起始频率fmin和最佳终止频率fmax与μ′s之间的关系cm-1 步骤f、用漫反射率测量装置得到皮肤组织漫反射率测量初值Rm1μa,μ′s,fj,空间频率采样区间选择81个空间频率采样区间[fmin,fmax]中的最大区间[0,14.52cm-1]作为初值,空间频率间隔选择0.4cm-1作为初值,将皮肤组织漫反射率测量初值Rm1μa,μ′s,fj置入生物组织漫射近似方程,得到 则得到一个含有37个方程的方程组,采用最小二乘算法求解该方程组,得到吸收系数反演测量初值和约化散射系数反演测量初值并根据反演测量初值和计算得到全衰减系数反演测量初值 步骤g、将反演测量初值和作为表2中μ′s和μtr的取值,得到优化的空间频率采样区间为其中 空间频率采样区间优化为空间频率间隔优化为当时取0.3cm-1、当时取0.4cm-1,在该空间频率采样区间与间隔下用漫反射率测量装置得到皮肤组织漫反射率测量值Rm-newμa,μ′s,fj,将皮肤组织漫反射率测量值Rm-newμa,μ′s,fj置入生物组织漫射近似方程,得到 则得到一个含有J+1个方程的方程组,采用最小二乘算法求解该方程组,得到优化的吸收系数反演测量值和优化的约化散射系数反演测量值并根据优化的反演测量值和计算得到优化的全衰减系数反演测量值步骤h、判断迭代终止条件是否成立,其中δ=0.04cm-1为迭代终止阈值;若成立,迭代结束得到最优反演测量值为和若不成立,则用和替代步骤g中的和并返回步骤g。
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