最近在推导光声方程求解血红蛋白浓度的时候遇到了一些问题,因此,在这里对过程做以记录。
根据基础理论,通过比尔法则可以知道:吸光度=消光系数厚度物质浓度。
在这里,光声信号求解血红蛋白的摩尔浓度,已知两个波长1064nm和694nm的光声信号,以及相应波长下的脱氧血红蛋白和含氧血红蛋白的消光系数,求解两种物质的摩尔浓度。
原理式可以表示为:
(Eq. 1)
其中,
,。
矩阵方程系数矩阵可逆时
如果矩阵可逆,则(Eq. 1)两边可以直接乘逆矩阵,有
(Eq. 2)
化简后为:
(Eq. 3)
矩阵方程系数不可逆或为任意矩阵时
如果矩阵不可逆或者为任意矩阵,则(Eq. 1)两边可以先乘其转置在乘以他们的逆矩阵,有
(Eq. 4)
(Eq. 5)
化简后为:
(Eq. 6)
这里存在一个问题:
为什么对于任意矩阵或者矩阵不可逆的情况,使用逆矩阵的时候,需要先乘其转置,在将整体取逆?换句话说,矩阵乘其转置,为什么是可逆的?
关于该问题的解释可以看一下这个网易视频,证明可逆。
看完看感觉好难,还涉及到了零空间,非线性。头大。
解方程试试
换个思路解决这个不可逆的问题,那就是解方程,然后把X变为P,Y变为C,试试看会怎么样。
源表达式
(Eq. 1)
其中,
,。
公式(Eq. 1)对应的方程组为:
(Eq.6)
对公式(Eq.6)上式乘以,下式乘以,消去,表示,有
(Eq.7)
两式相减有
(Eq.8)
同理,对公式(Eq.6)上式乘以,下式乘以,消去,表示,有
(Eq.9)
两式相减有
(Eq.10)
合并(Eq.8)和(Eq.10),得表示浓度的方程组:
调整分母保持一致,方程组为:
(Eq.11)
化成矩阵形式
(Eq.12)
已知,
,。
则
所以公式(Eq.12),为
(Eq.13)
又因为2X2矩阵的伴随矩阵为主对角元素位置互换,副对角线元素添加符号(解释),则有
方程(Eq.13)化为
(Eq.14)
如果存在逆矩阵,则根据逆矩阵定义,则有
(Eq.15)
做到这里,感觉不知不觉有回到了起点,还是需要保证可逆,即求解未知数的时候,分母也不能为0。
如果不会做的话,可以在涉及具体的问题的时候,再具体分析,寻找解决的办法。