本文關(guān)鍵詞：生物組織光學(xué)模型的蒙特卡羅模擬研究

  更多相關(guān)文章： 光學(xué)參數(shù) 漫反射率 光通量 蒙特卡羅模擬 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

【摘要】：對生物組織的光學(xué)參數(shù)進行在位精確測量,是生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的重要研究內(nèi)容,是光學(xué)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域進行基礎(chǔ)研究和臨床應(yīng)用的重要前提。生物組織光學(xué)特性參數(shù)的測量在組織類型識別、腫瘤定性分析和外科手術(shù)導(dǎo)航等研究領(lǐng)域具有重要的研究意義。如何用數(shù)學(xué)方法研究光在具有分層組織中的傳輸過程以及如何根據(jù)測得的漫反射率和光通量的數(shù)據(jù)來反演出該分層組織的各層光學(xué)特性參數(shù),這兩個問題目前沒有得到很好的解決。蒙特卡羅(Monte Carlo)方法是解決光在生物組織中傳輸?shù)挠行Х椒�。本文利用Wang Lihong博士編寫的CONV程序和Erik Alerstam等人編寫的CUDAMCML軟件對分層模型進行仿真,以仿真得到的漫反射率和光通量數(shù)據(jù)作為輸入,分層組織的散射系數(shù)和吸收系數(shù)作為輸出,建立BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),對分層組織的光學(xué)特性參數(shù)進行了反演研究。本文的主要工作有： (1)使用蒙特卡羅模擬方法研究光在分層組織傳輸?shù)木唧w流程。 (2)使用蒙特卡羅模擬程序?qū)螌印㈦p層、三層模型進行仿真,改變單層、雙層、三層模型的光學(xué)特性參數(shù),通過仿真得到不同光學(xué)特性參數(shù)下漫反射率和光通量的數(shù)據(jù),分析光學(xué)參數(shù)和漫反射率的關(guān)系；對模型內(nèi)部的光場進行圖像重建,通過光場圖像分析光學(xué)參數(shù)和和光通量的關(guān)系。 (3)使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法,利用蒙特卡羅模擬程序建立以漫反射率或者光通量作為輸入,散射系數(shù)、吸收系數(shù)作為輸出的訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫和驗證數(shù)據(jù)庫,利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫對BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練。利用驗證數(shù)據(jù)對訓(xùn)練好的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行驗證,對驗證結(jié)果進行誤差分析。 (4)使用Matlab中的GUIDE工具,結(jié)合BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),對光學(xué)特性參數(shù)反演系統(tǒng)進行可視化編程設(shè)計。在系統(tǒng)軟件中導(dǎo)入以光通量為輸入,散射系數(shù)、吸收系數(shù)為輸出的訓(xùn)練數(shù)據(jù)庫和驗證數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)了通過已知光通量數(shù)據(jù)精確預(yù)測組織模型的散射系數(shù)和吸收系數(shù)。 誤差結(jié)果表明,BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對分層組織的散射系數(shù)和吸收系數(shù)進行高精度的預(yù)測,本文設(shè)計的光學(xué)特性參數(shù)反演系統(tǒng)能夠為醫(yī)學(xué)臨床診斷和治療提供參考信息,因而具有一定的實用價值。
【關(guān)鍵詞】：光學(xué)參數(shù) 漫反射率 光通量 蒙特卡羅模擬 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
【學(xué)位授予單位】：武漢理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：R312
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目錄7-9
• 第1章 緒論9-14
• 1.1 課題來源9
• 1.2 研究背景9-10
• 1.3 研究意義10-11
• 1.4 光傳輸理論的研究現(xiàn)狀與趨勢11-12
• 1.5 本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排12-14
• 1.5.1 主要內(nèi)容12-13
• 1.5.2 結(jié)構(gòu)安排13-14
• 第2章 光傳輸理論的蒙特卡羅模擬方法14-23
• 2.1 引言14
• 2.2 蒙特卡羅模擬方法14-15
• 2.3 坐標(biāo)系系統(tǒng)15-17
• 2.4 蒙特卡羅的隨機抽樣17-18
• 2.4.1 步長的概率抽樣17
• 2.4.2 散射方向的概率抽樣17-18
• 2.5 蒙特卡羅模擬光子傳輸過程18-21
• 2.6 蒙特卡羅程序界面21-22
• 2.7 本章小結(jié)22-23
• 第3章 分層組織模型的蒙特卡羅模擬23-43
• 3.1 引言23
• 3.2 單層模型的蒙特卡羅模擬23-28
• 3.2.1 光學(xué)特性參數(shù)與漫反射率的關(guān)系23-27
• 3.2.2 光學(xué)特性參數(shù)與光通量的關(guān)系27-28
• 3.3 層模型的蒙特卡羅模擬28-34
• 3.3.1 光學(xué)特性參數(shù)與漫反射率的關(guān)系29-32
• 3.3.2 光學(xué)特性參數(shù)與光通量的關(guān)系32-34
• 3.4 三層模型的蒙特卡羅模擬34-42
• 3.4.1 光學(xué)特性參數(shù)與漫反射率的關(guān)系34-39
• 3.4.2 光學(xué)特性參數(shù)與光通量的關(guān)系39-42
• 3.5 本章小結(jié)42-43
• 第4章 光學(xué)特性參數(shù)的反演43-61
• 4.1 反演原理43-44
• 4.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述44-46
• 4.2.1 人工神經(jīng)元模型44-45
• 4.2.2 常用的激活函數(shù)45-46
• 4.2.3 BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型46
• 4.3 反演光學(xué)特性參數(shù)46-56
• 4.3.1 漫反射率反演單層模型的光學(xué)特性參數(shù)46-49
• 4.3.2 光通量反演分層模型的光學(xué)特性參數(shù)49-56
• 4.4 預(yù)測結(jié)果比較56-57
• 4.5 光學(xué)特性參數(shù)反演系統(tǒng)的軟件設(shè)計57-60
• 4.5.1 Matlab圖形用戶界面57
• 4.5.2 系統(tǒng)的程序流程57-59
• 4.5.3 系統(tǒng)運行及結(jié)果分析59-60
• 4.6 本章小結(jié)60-61
• 第5章 總結(jié)與展望61-63
• 5.1 工作總結(jié)61-62
• 5.2 展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻64-67
• 附錄A67-69
• 附錄B69-70

【參考文獻】

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本文編號：527967