基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓鈱W(xué)分子影像仿真平臺及其加速方法.pdf

1、激光技術(shù)的出現(xiàn)使得光學(xué)成像技術(shù)在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)和生物學(xué)中的應(yīng)用越來越廣泛。隨著光學(xué)成像技術(shù)的不斷發(fā)展，迫切需要更為準(zhǔn)確地認(rèn)識光子在復(fù)雜生物組織中的傳輸過程。蒙特卡洛方法（Monte Carlo Method，MCM）能夠精確地描述光在生物組織中的傳輸過程或規(guī)律，被研究人員譽(yù)為求解光傳輸問題的金標(biāo)準(zhǔn)。然而，由于隨機(jī)統(tǒng)計(jì)特性，MCM執(zhí)行效率偏低，阻礙了MC方法在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更深層次的推廣。本文以提高 MCM仿真效率為目標(biāo)，建立了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓鈱W(xué)

2、分子影像仿真平臺并提出相應(yīng)的仿真加速方法。
　　本文針對現(xiàn)有光學(xué)分子影像仿真平臺使用復(fù)雜并且效率低下的問題，建立了基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓鈱W(xué)分子影像仿真平臺（MOSE Online Version）。該平臺分為前端動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁、后端光傳輸蒙卡仿真服務(wù)器和顯示插件三部分。首先，對平臺的整體結(jié)構(gòu)、仿真算法、頁面顯示及結(jié)果展示等部分進(jìn)行獨(dú)特設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。其次，為了確保仿真平臺的穩(wěn)定性，設(shè)計(jì)并完成了一系列的測試工作，包括操作界面測試、功能測試和兼容性測

3、試等。并基于兩組相同的物理模型，將基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆抡嫫脚_得到的仿真結(jié)果與本地仿真平臺所得到的結(jié)果進(jìn)行對比，驗(yàn)證基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)墓鈱W(xué)分子影像仿真平臺的準(zhǔn)確性。最后，分別運(yùn)行基于網(wǎng)絡(luò)傳輸與本地的仿真平臺，進(jìn)行用戶使用效率的對比，結(jié)果表明基于網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)姆抡嫫脚_可以顯著改善用戶使用效率，減輕用戶端的使用負(fù)擔(dān)。
　　在多用戶多任務(wù)訪問MOSE Online Version平臺服務(wù)器時(shí)，會(huì)造成服務(wù)器數(shù)據(jù)擁堵甚至服務(wù)器崩潰的情況。本文提出了基于H

4、adoop的光傳輸蒙特卡洛仿真架構(gòu)來解決這一問題。首先，使用 Hadoop架構(gòu)執(zhí)行與光傳輸蒙卡仿真機(jī)制相似的 PI運(yùn)算，對該框架執(zhí)行蒙特卡洛方法的可行性進(jìn)行驗(yàn)證。其次，建立了基于云計(jì)算系統(tǒng)的光傳輸蒙特卡洛仿真模型。并在該模型基礎(chǔ)上，利用多臺計(jì)算機(jī)組成的基于 Hadoop架構(gòu)的 MapReduce計(jì)算集群，結(jié)合光在介質(zhì)內(nèi)傳輸時(shí)按步長吸收權(quán)值的模型特性，建立了標(biāo)準(zhǔn)化的蒙特卡洛仿真程序接口。最后，將該仿真程序包導(dǎo)入MapReduce計(jì)算集群進(jìn)