基于GAMOS的切伦科夫光学成像仿真平台

摘要

光学成像技术作为分子影像的一个重要分支，近年来取得了快速发展。受益于光学检测设备越来越高的灵敏度和分辨率，切伦科夫现象开始应用于医学影像领域，进而发展为一种可促进光学成像技术临床转化的新成像模式——切伦科夫光学成像技术。作为研究光学成像技术的一个重要方面，光学成像仿真可以利用数学计算获得一系列成像相关的计算数据。针对切伦科夫光学成像进行仿真，具体包括了两个方面，即通过切伦科夫现象产生的光子在生物组织中传输过程仿真和光学检测设备成像时产生光学畸变的仿真。
　　基于蒙特卡洛方法的 GAMOS仿真平台已经研发用于切伦科夫光学成像的仿真。然而，GAMOS仿真平台存在两大问题：使用复杂和缺少光学检测设备的仿真。GAMOS仿真平台采用其特有的脚本语言进行编写。随着仿真环境和仿真物体变得越来越复杂，对脚本编写的要求也越来越高；同时因为脚本中包含大量仿真物体的光学仿真参数，导致不同的仿真需要人工修改大量参数，这使得大规模仿真变得极为困难。因此，本文在面向对象的基础上设计了针对于 GAMOS仿真平台的脚本自动生成方法，来简化仿真步骤。
　　另一方面，光学检测设备中镜头所产生的景深效应和畸变效应会对切伦科夫光学成像的仿真结果产生重要影响，而现有基于 GSMOS的切伦科夫仿真并没有关注镜头的影响，其仿真过程仅为组织内光子的传输过程仿真，而镜头对于最终结果产生的影响被忽略。因为，本文的第二部分内容则关注于在改善的 GAMOS仿真平台中加入镜头效应的仿真。最终，我们利用设计的仿体模型，对改善的基于 GAMOS的切伦科夫光学成像仿真平台进行测试与分析。结果表明，本文基于GAMOS的切伦科夫光学成像仿真平台很好地仿真了采用CCD相机进行切伦科夫光学成像的实现过程。

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第一章 绪论

1.1 研究意义

1.2 相关技术的研究现状

1.3 本文的主要工作

第二章 切伦科夫效应的医学应用与计算机仿真

2.1 切伦科夫效应的原理及发展

2.2切伦科夫效应的医学应用

2.3 切伦科夫荧光成像的计算机仿真

第三章 光学检测设备中镜头景深效应和畸变效应仿真模型

3.1 实际光学系统可能引入的影响

3.2 常用镜头仿真模型

3.3 照相机模型的仿真算法

3.4 光学部分仿真软件工具包

第四章 切伦科夫光学仿真平台及仿真实例

4.1 系统整体结构

4.2 平台界面和数据结构设计与实现

4.3 仿真插件设计以及实现

4.4 仿真实例

第五章 总结与展望

5.1 本文总结

5.2 未来工作展望

致谢

参考文献

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