基于蒙特卡罗仿真的趋近式光参重建方法研究

发布时间：2017-05-13 22:12

  本文关键词：基于蒙特卡罗仿真的趋近式光参重建方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：生物组织光学是生物医学光子学和光医学的重要组成部分，主要包括两部分研究内容：生物组织中光传输过程的建模和活体组织光学参数的重建方法研究。其中，组织光学参数的重建是生物组织光学领域的热点问题之一，在组织生理和病理的诊断领域有着巨大的理论和实际意义并且为光动力治疗提供理论和实验依据。然而，组织光学参数重建不同于生物组织内靶标的重建，是一个比较困难的非线性问题。 针对上述问题，本文基于描述生物组织中光传输规律的蒙特卡罗方法，提出了一种生物组织光学参数重建方法——蒙特卡罗仿真的趋近法来研究组织光学参数的测量问题。基于蒙特卡罗的趋近法首先通过蒙特卡罗仿真原理获取光传输正向模型，然后依据透射光强分布的半波宽来决定散射系数。在散射系数确定情况下根据光强强度信息来决定吸收系数。最后借助蒙特卡罗仿真通过不断逼近的方式推导出生物组织的光学参数。在基于蒙特卡罗仿真的趋近式算法中先要重建散射系数然后重建吸收系数。为了验证算法的准确性，利用实验室自主研发的一款跨平台生物组织光传输仿真软件——QT-MOSE，获取生物组织光学的前向仿真数据。基于聚甲醛制备的多层平板仿体，我们对算法的性能进行了真实实验验证。实验结果和目前应用广泛的查表法进行比较，结果表明了基于蒙特卡罗仿真的趋近法的准确性和有效性，也说明了该算法在组织光学参数测量领域的应用潜力。
【关键词】：生物组织光学 漫射理论 蒙特卡罗仿真 QT-MOSE 趋近式光参重建算法
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.51;TP391.41
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-5
• 目录5-7
• 第一章 绪论7-13
• 1.1 前言7
• 1.2 生物组织光学的主要研究内容7-9
• 1.2.1 生物组织中光传输理论7-8
• 1.2.2 光参的测量方法与技术8
• 1.2.3 生物组织介质光谱及折射率研究8-9
• 1.2.4 活体无损组织光学成像9
• 1.3 生物组织光学的研究现状9-11
• 1.3.1 组织光学理论发展现状9-10
• 1.3.2 光参重建技术的发展现状10-11
• 1.4 本文内容简介11-13
• 1.4.1 本文主要工作11-12
• 1.4.2 本文安排12-13
• 第二章 组织光传输理论和扩散光学成像技术13-27
• 2.1 生物材料的基本光学特性13-15
• 2.1.1 吸收系数13
• 2.1.2 散射系数13-14
• 2.1.3 各向异性因子14
• 2.1.4 有效散射系数14-15
• 2.2 光在组织中传输及相关模型15-18
• 2.2.1 辐射传输模型15-16
• 2.2.2 漫射近似理论16-17
• 2.2.3 蒙特卡罗仿真17-18
• 2.3 扩散光学层析成像技术研究18-25
• 2.3.1 DOT 原理18-20
• 2.3.2 DOT 系统20-25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 基于 MC 方法求解光学参数重建问题研究27-45
• 3.1 蒙特卡罗模型27-34
• 3.1.1 蒙特卡罗基本原理27-28
• 3.1.2 蒙特卡罗仿真主要过程28-34
• 3.2 基于最小二乘支持向量机的查表法34-38
• 3.2.1 支持向量机原理介绍34-36
• 3.2.2 最小二乘支持向量机原理介绍36-38
• 3.3 基于蒙特卡罗的趋近法38-43
• 3.3.1 散射系数算法流程39-41
• 3.3.2 吸收系数算法流程41-43
• 3.4 本章小结43-45
• 第四章 光学参数重建方法性能比较45-61
• 4.1 QT-MOSE 介绍45-51
• 4.1.1 QT-MOSE 整体结构设计45
• 4.1.2 QT-MOSE 核心结构45-49
• 4.1.3 操作界面介绍49-51
• 4.2 基于趋近式算法的光参重建实验设计51-56
• 4.2.1 实验材料准备和仿体制作51-54
• 4.2.2 实验结果54-56
• 4.3 实验结果处理和分析56-60
• 4.4 本章小结60-61
• 第五章 总结和展望61-63
• 5.1 本文总结61
• 5.2 进一步工作61-63
• 致谢63-65
• 参考文献65-69
• 作者在硕士期间参加的课题及成果69-70

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