向光数字双胞胎:使用固体幻影进行光蒙特卡洛模拟的多参数实验验证
Mayna H Nguyen1, Ethan P M LaRochelle1, Edwin A Robledo1
1QUEL Imaging, White River Junction, Vermont, United States.
Journal of biomedical optics
|May 30, 2025
概括
这项研究提出了一种经过验证的组织光计算模型,这对于推进光引导手术 (FGS) 至关重要. MCX-ExEm框架准确地模拟复杂几何形状中的光,帮助成像系统开发数字双胞胎.
科学领域:
- 生物医学光学 生物医学光学
- 计算建模 计算建模
- 医疗成像医学成像
背景情况:
- 光引导手术 (FGS) 需要精确的计算模型来进行组织光.
- 现有的光的蒙特卡洛模拟具有有限的实验验证.
- 需要强大的模型来支持FGS的临床采用.
研究的目的:
- 开发和实验验证一个GPU加速的蒙特卡罗光框架 (MCX-ExEm).
- 模拟不同的光度,光学特性和复杂的3D几何形状.
- 为了建立光数字双胞胎的基础.
主要方法:
- 开发了一个两步,GPU加速,基于voxel的蒙特卡罗框架 (MCX-ExEm).
- 使用商业和定制的3D打印幻影进行实验验证.
- 与各种参数 (吸收,散射,度,几何) 的实验成像进行比较的模拟.
主要成果:
- 在测试的参数中,模拟和实验光之间的强烈一致.
- MCX-ExEm准确地模拟了非线性火,散射/吸收效应和依赖深度的衰减.
- 由于光学特征不确定性,在低散射/吸收模式中发现了微小的偏差.
结论:
- 经过实验验证的MCX-ExEm框架为光数字双胞胎提供了基础.
- 能够更快,系统测试光成像系统.
- 加快FGS和其他基于光的生物医学应用程序的设计和优化.
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