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Mesh-based Monte Carlo method using fast ray-tracing in Plücker coordinates

机译:在Plücker坐标中使用快速射线追踪的基于网格的蒙特卡洛方法

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摘要

We describe a fast mesh-based Monte Carlo (MC) photon migration algorithm for static and time-resolved imaging in 3D complex media. Compared with previous works using voxel-based media discretization, a mesh-based approach can be more accurate in modeling targets with curved boundaries or locally refined structures. We implement an efficient ray-tracing technique using Plücker Coordinates. The Barycentric coordinates computed from Plücker-formed ray-tracing enables us to use linear Lagrange basis functions to model both media properties and fluence distribution, leading to further improvement in accuracy. The Plücker-coordinate ray-polygon intersection test can be extended to hexahedral or high-order elements. Excellent agreement is found when comparing mesh-based MC with the analytical diffusion model and 3D voxel-based MC code in both homogeneous and heterogeneous cases. Realistic time-resolved imaging results are observed for a complex human brain anatomy using mesh-based MC. We also include multi-threading support in the software and will port it to a graphics processing unit platform in the near future.
机译:我们描述了一种基于网格的快速蒙特卡洛(MC)光子迁移算法,用于3D复杂介质中的静态和时间分辨成像。与以前使用基于体素的介质离散化的工作相比,基于网格的方法可以在建模具有弯曲边界或局部精细结构的目标时更加准确。我们使用普吕克(Plücker)坐标实施了有效的光线跟踪技术。由普吕克形式的光线跟踪计算出的重心坐标使我们能够使用线性拉格朗日基函数对介质属性和注量分布进行建模,从而进一步提高了精度。普吕克坐标射线-多边形相交测试可以扩展到六面体或高阶元素。在同质和异质情况下,将基于网格的MC与分析扩散模型和基于3D体素的MC代码进行比较时,发现了极好的一致性。使用基于网格的MC,可以对复杂的人脑解剖结构观察到逼真的时间分辨成像结果。我们还在软件中包含多线程支持,并将在不久的将来将其移植到图形处理单元平台。

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