蒙特卡洛仿真在漫射光层析成像中的应用

摘要

光在生物组织中的传输问题是组织光学领域的一个重要的研究课题。研究光在介质中的传输规律，可以为基于光学技术的疾病无损伤诊断和治疗提供一种有效的技术手段和可靠的理论依据。
　　 蒙特卡洛仿真是一种基于离散统计原理的数值计算方法，很适合用在研究光在介质中传输的领域。其思路简单、通用性强，能适用于各种条件、各种精度的情况，且十分灵活，但有一个致命的缺点，就是计算规模太大，计算时间太长，没有实用性。有鉴于此，本文开展了基于蒙特卡洛仿真的光在生物组织中传播特性的研究并介绍了几种对其加速的方法。
　　 第一章绪论部分首先讨论了研究光在生物组织中传播规律的意义，确立了本文的选题依据。而作为研究上述课题的一种重要的技术手段，本章还介绍了漫射光层析成像技术的基本原理、分类以及正、逆问题理论模型的研究进展。
　　 第二章介绍了三种漫射光层析成像正问题理论模型的原理和思路，包括蒙特卡洛模型、辐射传输模型和漫射方程模型，并对比了他们的优点和缺点。
　　 第三章简述了几种用于加速蒙特卡洛仿真的主要技术手段。包括从硬件上对仿真进行加速的基于GPU的蒙特卡洛方法和在算法上对仿真进行加速的白蒙特卡洛和扰动蒙特卡洛方法，并将两者结合起来提出了一种叫做优化的蒙特卡洛仿真的手段来对蒙特卡洛模拟进行加速。
　　 第四章以上述几种蒙特卡洛仿真为漫射光层析成像的正问题模型，以手指为样品来研究光在半无限介质中的传输问题，并通过得到不同蒙特卡洛仿真在同样的仿真环境下对同一个样品仿真所耗费的时间来比较他们的计算效率，并得到了手指的吸收谱和散射谱。
　　 第五章总结了本论文的主要工作，指出了今后准备进一步开展的工作。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 光在生物组织中的传输

1．2 漫射光层析成像技术

1．2．1 DOT的基本原理

1．2．2 DOT的分类

1．2．3 DOT的正问题理论模型

1．2．4 DOT的逆问题理论模型

1．2．5 总结

1．3 本论文的主要工作

2 漫射光层析成像的正问题理论模型

2．1 蒙特卡洛模型

2．2 辐射传输模型

2．3 漫射方程模型

2．4 本章小结

3 几种加速蒙特卡洛仿真的方法

3．1 背景介绍

3．2 基于GPU的蒙特卡洛仿真

3．3 传统蒙特卡洛仿真

3．4 白蒙特卡洛仿真

3．5 扰动蒙特卡洛仿真

3．6 优化的蒙特卡洛仿真

4 优化的蒙特卡洛仿真在半无限生物组织中的应用

4．1 实验装置与仿真环境

4．2 优化的蒙特卡洛仿真的方法和结果(仿真部分)

4．3 优化的蒙特卡洛仿真与其他蒙特卡洛仿真的比较

4．4 系统搭建与反射谱的获得(实验部分)

4．5 结果与分析

4．6 本章小结

5 总结与展望

参考文献

作者简历

硕士在读期间已发表论文