【摘 要】
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近红外漫射光谱(NIRS)和断层成像技术是近些年发展起来的测量组织血流的新技术。由于光子在生物组织中的传输是及其复杂的过程,因此,使用蒙特卡罗(MC)方法对其进行仿真并建立准
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近红外漫射光谱(NIRS)和断层成像技术是近些年发展起来的测量组织血流的新技术。由于光子在生物组织中的传输是及其复杂的过程,因此,使用蒙特卡罗(MC)方法对其进行仿真并建立准确可靠的“正问题模型”对于严重病态逆问题的图像重构具有重要意义。本文针对目前开源的MC仿真软件缺乏可视化界面、参数设置繁琐等问题进行了研究,将可视化工具包Visualization Tool Kit(VTK)与漫射光子蒙特卡罗仿真相结合,开发了能够交互地实现光源-探测器的参数输入、结果输出和三维显示功能一体化的仿真平台,并对该平台的功能进行了验证,分析了仿真结果中组织吸收分布和光子传输路径等参数,结果表明该平台能够精确和灵活地描述光子在生物组织中的传输过程,并且能为漫射光图像重建提供参数。本文的创新性工作包括: 第一、根据面绘制中的Marching Cubes原理,利用C++的可视化类库实现了图像三维重建并开发了平台的交互功能。该功能包括交互地获取光源-探测器阵列的坐标及光源的法方向(即入射方向),与传统的通过二维平面估算的方法相比,该方法更高效、结果也更准确。 第二、改进了开源的MC仿真软件MCVM的代码,通过探测器的位置收集逸出光子的信息,与原来记录所有逸出光子信息相比,节省了内存,同时减少了该文件的分析时间,提高了效率。 第三、将可视化平台与改进的光子MC仿真软件相结合。实现了仿真平台的光源-探测器的空间参数设置、光子传输仿真、结果数据分析及可视化等功能的一体化。 第四、实现了灵活地调整组织模型尺度的功能。能够根据实际的光学测量数据调整组织模型的空间尺度和单元个数,这对于图像重构等逆问题求解具有重要的作用与意义。
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