赵 星，刘桐君，陈 平，王京凡，刘伟伟，2

（1. 南开大学 现代光学研究所，天津 300350；2. 天津市微尺度光学信息技术科学重点实验室，天津300350）

1 引 言

扩散光学层析成像（Diffuse Optical Tomog⁃raphy，DOT）［1］是一种能够快速无损探测组织吸收散射系数分布的技术，被广泛应用于脑功能成像［2-3］，乳腺癌诊断［4-5］，关节成像［6-7］，农产品质量检测［8］等领域。其本质是求解一个包含光子传输模型的逆问题，具有内在的非线性及病态性［9］。而获取更多的信息用于重建能够有效地提高DOT 重建图像的空间分辨率和对比度，并消除伪影。高密度DOT 系统是最直接的方案，如Eggebrecht 等人［2］在 2014 年搭建的接触式高密度DOT 系统，该系统对人脑部进行功能成像并和功能核磁共振进行对比，展示了高密度DOT 系统的有效性与准确性。虽然该系统具有很高的准确率，但系统组件非常多且复杂。非接触式DOT 系统则能有效克服这个问题，其光源和探测器不再以光纤探头的方式接触式地分布于组织表面，光源是直接在空间中传输的激光束，探测器则使用EM-CCD［10-11］等面成像装置，特点是能够一次性大面积地采集组织表面的能流分布。Takamasa［12］等人使用纳秒级脉冲激光和时间提取的图像传感器制作了非接触式时域高密度DOT 系统，该系统无需使用密集的光纤探头就可以轻松获取高密度测量点。使用这套系统分别对模拟头部吸收系数的仿体和真人的脑部进行了测量，研究了人脑在完成简单计算任务时的活动情况。当然该系统也存在着限制，探测到的部分光信号会被具有较高吸收系数和散射系数的组织或介质衰减，这意味着随着探测范围的加大，光的衰减将进一步加强，数据的动态范围也进一步变大。……