最近在推導光聲方程求解血紅蛋白濃度的時候遇到了一些問題,因此,在這裏對過程做以記錄。
根據基礎理論,通過比爾法則可以知道:吸光度=消光係數厚度物質濃度。
在這裏,光聲信號求解血紅蛋白的摩爾濃度,已知兩個波長1064nm和694nm的光聲信號,以及相應波長下的脫氧血紅蛋白和含氧血紅蛋白的消光係數,求解兩種物質的摩爾濃度。
原理式可以表示爲:
(Eq. 1)
其中,
,。
矩陣方程係數矩陣可逆時
如果矩陣可逆,則(Eq. 1)兩邊可以直接乘逆矩陣,有
(Eq. 2)
化簡後爲:
(Eq. 3)
矩陣方程係數不可逆或爲任意矩陣時
如果矩陣不可逆或者爲任意矩陣,則(Eq. 1)兩邊可以先乘其轉置在乘以他們的逆矩陣,有
(Eq. 4)
(Eq. 5)
化簡後爲:
(Eq. 6)
這裏存在一個問題:
爲什麼對於任意矩陣或者矩陣不可逆的情況,使用逆矩陣的時候,需要先乘其轉置,在將整體取逆?換句話說,矩陣乘其轉置,爲什麼是可逆的?
關於該問題的解釋可以看一下這個網易視頻,證明可逆。
看完看感覺好難,還涉及到了零空間,非線性。頭大。
解方程試試
換個思路解決這個不可逆的問題,那就是解方程,然後把X變爲P,Y變爲C,試試看會怎麼樣。
源表達式
(Eq. 1)
其中,
,。
公式(Eq. 1)對應的方程組爲:
(Eq.6)
對公式(Eq.6)上式乘以,下式乘以,消去,表示,有
(Eq.7)
兩式相減有
(Eq.8)
同理,對公式(Eq.6)上式乘以,下式乘以,消去,表示,有
(Eq.9)
兩式相減有
(Eq.10)
合併(Eq.8)和(Eq.10),得表示濃度的方程組:
調整分母保持一致,方程組爲:
(Eq.11)
化成矩陣形式
(Eq.12)
已知,
,。
則
所以公式(Eq.12),爲
(Eq.13)
又因爲2X2矩陣的伴隨矩陣爲主對角元素位置互換,副對角線元素添加符號(解釋),則有
方程(Eq.13)化爲
(Eq.14)
如果存在逆矩陣,則根據逆矩陣定義,則有
(Eq.15)
做到這裏,感覺不知不覺有回到了起點,還是需要保證可逆,即求解未知數的時候,分母也不能爲0。
如果不會做的話,可以在涉及具體的問題的時候,再具體分析,尋找解決的辦法。