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基于蒙特卡罗法硬膜血肿厚度计算的数值仿真研究
被引量：
2
1
作者
范鑫燕
罗海军
+4 位作者
李妍妍
向洋
罗霞
覃睿
郭盼
《电子学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第8期1985-1991,共7页
为实现对颅脑硬膜血肿的快速检测与评估,本研究基于近红外光谱技术(Near Infra-Red Spectroscopy,NIRS)与蒙特卡罗算法建立适用于正问题的5层颅脑组织进行仿真,采用控制变量法以10组血肿厚度模型的出射光子数量为基础,定义源-检测器灵敏...
为实现对颅脑硬膜血肿的快速检测与评估,本研究基于近红外光谱技术(Near Infra-Red Spectroscopy,NIRS)与蒙特卡罗算法建立适用于正问题的5层颅脑组织进行仿真,采用控制变量法以10组血肿厚度模型的出射光子数量为基础,定义源-检测器灵敏度(Source-Detector Sensitivity,SDS)变量参数,构造基于幂律衰减模型和指数律衰减模型的正向函数矩阵.对正问题获取的数据进行数学模型重构即逆问题的实现,以6组血肿厚度进行逆向理论计算,对比参照值,血肿厚度小于0.7 cm,两种函数模型平均绝对误差均小于3.6%;血肿厚度为0.75 cm,幂律衰减模型平均绝对误差比指数律衰减模型小于4.3%,误差小于6.3886%.结果显示该方法对准确判断是否含有血肿以及血肿厚度预测具有可行性,检测灵敏度与检测距离具有对数相关性,幂律衰减模型比指数律衰减模型预测平均值更接近参照值,构建效果更好.
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关键词
近红外光谱技术
蒙特卡罗
控制变量法
灵敏度
函数矩阵
逆问题
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职称材料
近红外光谱的阵列扫描式灵敏度法探测颅脑血肿
2
作者
李妍妍
罗海军
+2 位作者
罗霞
范鑫燕
覃睿
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第2期392-398,共7页
利用近红外光谱技术对脑组织进行检测实现脑血肿的定位一直以来都是无损光学诊断的研究热点。为了实现开放式全方位的精准探测,基于功能性近红外光谱技术提出一种新的方法—阵列扫描式灵敏度法,即建立全方位阵列探测器,通过单边阵列式...
利用近红外光谱技术对脑组织进行检测实现脑血肿的定位一直以来都是无损光学诊断的研究热点。为了实现开放式全方位的精准探测,基于功能性近红外光谱技术提出一种新的方法—阵列扫描式灵敏度法,即建立全方位阵列探测器,通过单边阵列式扫描检测来获取不同探测位置的光通量,计算每个探测器的探测灵敏度,就能得到全方位的探测信息。首先,建立单层有限元模型,设置光学参数、光源、探测位置及边界条件,将仿真结果与蒙特卡洛的运行结果进行对比,验证有限元模型条件设置的准确性。其次,根据人脑组织结构建立脑部模型,在模型中插入血肿,选择波长为850 nm的近红外光作为光源,设置该波长下各层生物组织的光学参数,模拟光子在正常脑组织与含血肿脑组织中的传播,在距光源不同位置的探测器处检测到多组光通量数据,处理数据后发现有限元仿真软件在图像、数据方面反映了血肿对光的传播有极大影响。为研究探测到的光通量信息与血肿位置之间的关系,基于近红外光谱技术采用阵列扫描式灵敏度法分别改变组织内血肿的方位、横向位置与纵向深度,在距光源不同的探测位置处检测到多组光通量数据,处理数据后建立血肿位置与对应探测灵敏度之间的关系图进行分析。结果显示采用阵列扫描式灵敏度法,近红外光谱技术能准确探测血肿的方位信息与横向信息,且血肿位于源—探测距离中间时,探测效果最佳,而纵向深度只影响光子穿过较深层组织的概率,位置越深,光子的穿过率越小,探测灵敏度越小。由此得出,基于阵列扫描式灵敏度法可以实现颅脑组织内一定深度处血肿的快速准确定位,为近红外光谱技术的光学成像、检测组织内部肿瘤等提供了新思路和有效参考。
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关键词
阵列扫描式灵敏度
近红外光谱技术
脑血肿检测
有限元法
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职称材料
题名
基于蒙特卡罗法硬膜血肿厚度计算的数值仿真研究
被引量：
2
1
作者
范鑫燕
罗海军
李妍妍
向洋
罗霞
覃睿
郭盼
机构
重庆师范大学光电功能材料重庆市重点实验室
重庆
国家应用数学中心
出处
《电子学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第8期1985-1991,共7页
基金
国家自然科学基金(No.51507023,No.51707028)
重庆市自然科学基金(面上项目)(No.cstc2020jcyj-msxmX0726)
+2 种基金
重庆市教委重点项目(No.KJZD-K202100506)
重庆师范大学研究生科研创新项目(No.YKC21046)
国家级大学生创新创业训练计划项目(No.20210637024)。
文摘
为实现对颅脑硬膜血肿的快速检测与评估,本研究基于近红外光谱技术(Near Infra-Red Spectroscopy,NIRS)与蒙特卡罗算法建立适用于正问题的5层颅脑组织进行仿真,采用控制变量法以10组血肿厚度模型的出射光子数量为基础,定义源-检测器灵敏度(Source-Detector Sensitivity,SDS)变量参数,构造基于幂律衰减模型和指数律衰减模型的正向函数矩阵.对正问题获取的数据进行数学模型重构即逆问题的实现,以6组血肿厚度进行逆向理论计算,对比参照值,血肿厚度小于0.7 cm,两种函数模型平均绝对误差均小于3.6%;血肿厚度为0.75 cm,幂律衰减模型平均绝对误差比指数律衰减模型小于4.3%,误差小于6.3886%.结果显示该方法对准确判断是否含有血肿以及血肿厚度预测具有可行性,检测灵敏度与检测距离具有对数相关性,幂律衰减模型比指数律衰减模型预测平均值更接近参照值,构建效果更好.
关键词
近红外光谱技术
蒙特卡罗
控制变量法
灵敏度
函数矩阵
逆问题
Keywords
near infra-red spectroscopy
Monte Carlo
control variable
sensitivity
function matrix
inverse problem
分类号
R318 [医药卫生—生物医学工程]
O433.4 [机械工程—光学工程]
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职称材料
题名
近红外光谱的阵列扫描式灵敏度法探测颅脑血肿
2
作者
李妍妍
罗海军
罗霞
范鑫燕
覃睿
机构
重庆师范大学
物理与电子工程学院
重庆师范大学光电功能材料重庆市重点实验室
出处
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第2期392-398,共7页
基金
国家自然科学基金项目(51507023)
重庆市自然科学基金(面上项目)(cstc2020jcyj-msxmX0726)
+2 种基金
重庆市教委科学技术研究项目(KJ1703063)
重庆市研究生科研创新项目(CYS19298)
重庆师范大学研究生科研创新项目(YKC20027)资助。
文摘
利用近红外光谱技术对脑组织进行检测实现脑血肿的定位一直以来都是无损光学诊断的研究热点。为了实现开放式全方位的精准探测,基于功能性近红外光谱技术提出一种新的方法—阵列扫描式灵敏度法,即建立全方位阵列探测器,通过单边阵列式扫描检测来获取不同探测位置的光通量,计算每个探测器的探测灵敏度,就能得到全方位的探测信息。首先,建立单层有限元模型,设置光学参数、光源、探测位置及边界条件,将仿真结果与蒙特卡洛的运行结果进行对比,验证有限元模型条件设置的准确性。其次,根据人脑组织结构建立脑部模型,在模型中插入血肿,选择波长为850 nm的近红外光作为光源,设置该波长下各层生物组织的光学参数,模拟光子在正常脑组织与含血肿脑组织中的传播,在距光源不同位置的探测器处检测到多组光通量数据,处理数据后发现有限元仿真软件在图像、数据方面反映了血肿对光的传播有极大影响。为研究探测到的光通量信息与血肿位置之间的关系,基于近红外光谱技术采用阵列扫描式灵敏度法分别改变组织内血肿的方位、横向位置与纵向深度,在距光源不同的探测位置处检测到多组光通量数据,处理数据后建立血肿位置与对应探测灵敏度之间的关系图进行分析。结果显示采用阵列扫描式灵敏度法,近红外光谱技术能准确探测血肿的方位信息与横向信息,且血肿位于源—探测距离中间时,探测效果最佳,而纵向深度只影响光子穿过较深层组织的概率,位置越深,光子的穿过率越小,探测灵敏度越小。由此得出,基于阵列扫描式灵敏度法可以实现颅脑组织内一定深度处血肿的快速准确定位,为近红外光谱技术的光学成像、检测组织内部肿瘤等提供了新思路和有效参考。
关键词
阵列扫描式灵敏度
近红外光谱技术
脑血肿检测
有限元法
Keywords
Array scanning sensitivity
Functional near-infrared spectroscopy
Brain hematoma detection
Finite element method
分类号
Q63 [生物学—生物物理学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于蒙特卡罗法硬膜血肿厚度计算的数值仿真研究
范鑫燕
罗海军
李妍妍
向洋
罗霞
覃睿
郭盼
《电子学报》
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
2
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职称材料
2
近红外光谱的阵列扫描式灵敏度法探测颅脑血肿
李妍妍
罗海军
罗霞
范鑫燕
覃睿
《光谱学与光谱分析》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
0
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