Diffuse optical tomography by simulated annealing via a spin Hamiltonian
扩散光学层析成像（DOT）是一种使用近红外光的成像方式。虽然迭代数值格式通常用于其反问题，但如果没有选择好的初始猜测，则无法获得正确的解。我们提出了一个数值计划的DOT工程，即使当良好的初始猜测的光学参数是不可用的。我们使用模拟退火（SA），这是一种马尔可夫链蒙特卡罗方法。为了实现DOT的SA，在费用函数中引入自旋哈密顿量，并且使用Metropolis算法或单分量Metropolis-Hastings算法。数值实验表明，模拟退火使初始的随机自旋位形变为收敛位形，并重构了介质中的目标。所提出的数值方法解决了反问题的DOT通过寻找基态的自旋哈密顿与SA。
2021-06-04 cs.NA math.NA physics.optics
High Resolution, Deep Imaging Using Confocal Time-of-flight Diffuse Optical Tomography
组织的光散射严重限制了人们可以在表面之下成像的深度，以及人们可以从这些图像中获得的空间分辨率。扩散光学层析成像（DOT）是用于在组织内部深处成像的最强大的技术之一--远远超出了弹道成像技术（例如共焦和双光子显微镜）所能容忍的常规$\sim$ 10-15平均散射长度。不幸的是，现有的DOT系统是有限的，只能实现厘米级的分辨率。此外，它们遭受缓慢的采集时间和缓慢的重建速度，使得实时成像不可行。我们表明，飞行时间扩散光学层析成像（ToF-DOT）和它的共焦变体（CToF-DOT），通过利用光子的旅行时间信息，使我们能够实现毫米空间分辨率的高度散射扩散制度（$> 50 $平均自由路径）。此外，我们展示了两个额外的创新：聚焦共焦测量，和多路复用的照明源，使我们能够显着减少测量采集时间。最后，我们依赖于一种新型的卷积逼近，使我们能够开发一种快速重建算法，与传统DOT重建技术相比，重建时间实现了100倍的$\times$加速。总之，我们相信这些技术进步是使用DOT实现实时、毫米分辨率、深层组织成像的第一步。
2021-05-27 eess.IV physics.optics
The depth of the banana and the impulse stripe illumination for diffuse optical tomography
本文分析条纹照明下漫射光的香蕉形路径深度，并利用条纹形脉冲照明的时间分辨测量结合 Monte Carlo 数据重建目标吸收系数。
2024-05-13 physics.med-ph physics.optics
Utilising nanosecond sources in diffuse optical tomography
扩散光学层析成像（DOT）利用近红外线对生物组织的光学特性进行成像。时域DOT系统使用脉冲激光并测量时变时间点扩散函数（TPSF），其携带来自成像目标的表层和深层的信息。在这项工作中，纳秒尺度的光脉冲作为源的时域DOT的可行性进行了研究。纳秒源使得能够使用具有标准模数转换器波形数字化器（例如数字示波器）的相对稳健的测量设置。然而，这种类型的系统具有源脉冲的变化和有限的时间采样，这可能限制它们的使用。在这项工作中，这些不同的方面和可能的限制进行了研究与模拟和实验。仿真结果表明，弥散介质的时域数据所携带的信息是低频信息。这使得能够使用响应时间相对较慢的测量电子器件，以及使用傅立叶变换的时域数据进行图像处理。此外，测量中的时间采样需要足够高以捕获TPSF，但该速率可以通过标准数字示波器来实现。结果表明，虽然纳秒激光器的光脉冲的变化大于皮秒光源的光脉冲的变化，但它们对图像质量没有显著影响。在这项工作中，一个原型的时域DOT实验系统，利用高能量纳秒激光构建。该系统由纳秒Nd-YAG激光器和光学参量振荡器组成，用于光输入，雪崩光电探测器和高带宽示波器用于TPSF测量。该系统用于两个体模的绝对成像和差分成像。实验证明，利用纳秒激光，利用时域DOT可以重建吸收和散射物体。
2023-01-09 physics.comp-ph physics.optics
The relationship between axial resolution and signal-to-noise ratio in optical coherence tomography
在光学相干层析成像（OCT）中，轴向分辨率和信噪比（SNR）通常被视为非耦合参数。我们表明，这是唯一真实的镜面表面，并在漫散射样本，如组织有一个固有的轴向分辨率和测量SNR之间的耦合。我们解释了这种耦合的起源，并证明它可以用来实现增加成像穿透深度的分辨率为代价。最后，我们认为，这种耦合应考虑在OCT系统的设计过程中，寻求平衡的分辨率，灵敏度和系统/源的复杂性的竞争需求。
2021-12-16 physics.med-ph physics.optics
Influence of laser spot size at diffuser plane on the longitudinal spatial coherence function of optical coherence microscopy system
光源的相干特性和波长是光学相干显微术/层析成像不可缺少的，因为它们极大地影响系统的信噪比、轴向分辨率和穿透深度。在本信中，我们研究了纵向空间相干性的赝热光源（PTS）作为在扩散器平面，这是通过平移显微镜物镜朝向或远离扩散器平面的控制的光斑大小的函数。PTS的轴向分辨率被发现是最大的~ 13微米的光束光斑尺寸为3.5毫米的扩散器平面。通过在高度差为15微米的标准量块上进行实验，进一步证实了系统的轴向分辨率随着在扩散器平面处的光斑尺寸的增加而变化。因此，通过适当地选择在漫射器平面处的束斑尺寸，可以利用取决于生物窗口的任何单色激光光源来获得具有大穿透深度的高轴向分辨率和多层生物样本的无斑点断层摄影图像，而不管源时间相干长度。此外，PTS可以是一种有吸引力的替代光源，用于实现高轴向分辨率，而不需要色差校正光学器件和色散补偿机制，这与传统的设置不同。
2019-04-07 physics.optics
A unified sensitivity kernel for coherent wave tomography in radar, seismic, ultrasound, and optical imaging
Missouri University of Science and Technology（密苏里科技大学）
本文提出雷达、地震、超声和光学成像中相干波层析成像的统一灵敏度核框架，揭示其由两类求积分量构成，并引入宽带在壳压缩以缓解波场存储带来的计算极限。
2026-10-21 physics.optics
Optical Tomographic Imaging for Breast Cancer Detection
漫射光学乳房成像利用近红外（NIR）光传播通过组织来评估组织的光学性质以识别异常组织。这种光学成像方法是敏感的，具有成本效益的，并且不涉及任何电离辐射。然而，扩散光学层析成像（DOT）的图像重建是一个非线性逆问题，存在严重的不适定性，特别是在强噪声和数据不完整的情况下。本文提出了一种新的图像重建方法用于乳腺癌的检测。该方法将图像重建问题分为异常组织的定位和吸收变化的量化。异常组织的定位是基于一个新的适定优化模型，可以通过差分进化优化方法求解，以实现稳定的图像重建。然后在相对小范围的局部区域中确定异常吸收变化的定量，所述局部区域可能是肿瘤。因此，可以大大减少未知吸收变量的数量，以克服漫射光学断层扫描（DOT）的欠定性质，从而允许准确和稳定地重建乳房中的异常吸收变化。数值仿真实验表明，该方法对异常组织的识别稳定、准确，对数据的测量噪声具有较强的鲁棒性。
2017-04-16 physics.med-ph physics.optics
Reconstruction of hidden 3D shapes using diffuse reflections
MIT Media Lab（麻省理工学院媒体实验室）；University of Wisconsin Madison（威斯康星大学麦迪逊分校）；Harvard University（哈佛大学）；Rice University（莱斯大学）
我们分析了光在未知隐藏体积中的多反射传播，并证明反射光包含足够的信息来恢复隐藏场景的3D结构。我们制定了正演和反演理论的二次和三次散射反射使用的想法，从能量波前传播和层析成像。我们表明，使用精心选择的近似，如菲涅耳近似，大大简化了这个问题，可以通过反向传播过程实现反演。我们提供了一个理论分析的可逆性，唯一性和选择的空间-时间-角度维度使用合成的例子。我们表明，一个二维条纹相机可以用来发现和重建隐藏的几何。使用一维高速飞行时间相机，我们表明，我们的方法可以用来恢复三维形状的对象“在拐角处”。
2012-03-19 cs.CV physics.optics
Two-color interpolation of absorption response for quantitative Acousto-Optic imaging
扩散光学层析成像（DOT）是一种可靠和广泛的技术，用于监测高散射介质内吸收的定性变化。然而，已经表明，由于超声探测提供的空间分辨率，声光（AO）成像可以提供更多的定性信息，而不需要反演算法。在这篇文章中，我们展示了如何，通过使用多波长AO成像，它也可以进行定量测量散射介质内的吸收剂浓度。
2018-04-12 physics.app-ph physics.optics
High-resolution tomographic reconstruction of optical absorbance through scattering media using neural fields
School of Information Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学信息科学与技术学院）；School of Physical Science and Technology, ShanghaiTech University（上海科技大学物理科学与技术学院）；Institute of Mathematical Science, ShanghaiTech University（上海科技大学数学科学研究所）；School of Mathematics, University of Birmingham（伯明翰大学数学学院）
提出基于神经场的NeuDOT方案，通过连续编码光吸收实现高分辨率层析重建，在14毫米深度解析复杂3D物体，优于现有方法。
2023-04-04 cs.CV physics.optics
Spatio-Temporal Imaging of Light Transport in Highly Scattering Media under White Light Illumination
对光在时间和空间中的传播进行成像在光学中至关重要，特别是对于复杂介质的研究。在这里，我们演示了被动测量的时间依赖格林函数之间的每一个点在强散射介质的表面通过低相干干涉术。实验访问这个格林矩阵是必不可少的，因为它包含了所有的信息，复杂的轨迹光在介质中。特别是，扩散晕的时空传播和相干后向散射效应可以在每个点作为虚拟源附近进行局部研究。一方面，这种方法允许在散射介质中的扩散常数的定量成像与几个传输平均自由程的顺序的空间分辨率。另一方面，我们的方法能够揭示和量化光漫射的各向异性，这对于光学表征的目的是非常重要的。这项研究开辟了重要的前景，无论是在光学扩散断层扫描与潜在的应用，生物医学成像和基础物理的实验研究安德森局域化。
2016-10-21 physics.optics
Harnessing coherent-wave control for sensing applications
Missouri University of Science and Technology（密苏里科技大学）；ESPCI ParisTech, PSL Research University, CNRS, Institut Langevin（巴黎高等物理化工学院，PSL研究大学，法国国家科学研究中心，朗之万研究所）；Yale University（耶鲁大学）
本文提出微观光学灵敏度理论，通过干涉效应提升光学灵敏度，展示相位共轭输入状态可实现最大灵敏度增强，而最大反射本征通道可全局增强灵敏度分布，为整合波前控制与扩散光学成像提供理论基础。
2025-10-19 cond-mat.dis-nn physics.med-ph physics.optics
