热激光-组织相互作用中组织光学特性的辨识：一种基于集合卡尔曼滤波的方法

在本文中，我们提出一种计算框架，用于估计支配激光辐照组织热响应的物理特性。我们特别关注两个量：吸收系数与散射系数，它们描述了组织中光的光学吸收，其知识对于正确规划医疗激光治疗至关重要。为进行估计，我们采用了集合卡尔曼滤波（EnKF）的一种实现，这是一种用于数据同化的贝叶斯滤波算法。与先前方法不同，本工作中我们基于组织对激光辐照的热响应观测来估计组织光学特性。该方法在临床环境中具有直接实现的潜力，因为它仅需一个简单的热传感器，例如微型红外相机。由于组织光学特性在激光照射期间可能发生偏移，我们采用一种能够跟踪时变参数的 EnKF 变体。通过模拟实验研究，我们证明了所提技术能够辨识组织光学特性并跟踪其在激光照射期间的动态变化，同时跟踪表面下位置处组织温度的变化。我们进一步展示了该框架在估计额外未知组织特性（即体积热容与热导率）以及所关注光学特性方面的能力。