Solving Maxwell's equations using deep learning

使用深度学习求解麦克斯韦方程组

基本信息

  • 批准号:
    EP/V048465/1
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.73万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Research Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2021 至 无数据
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Radio waves, light and micro waves are all examples of electromagnetic waves and they are essential to a myriad of technologies that we interact with on a daily basis. Much effort has been devoted to methods for simulating how electromagnetic waves interact with matter. For example, understanding how radio waves propagate through the atmosphere has been important to the development of satellite communications. Simulations have also been important to develop understanding of how the radiation emitted by mobile phones interacts with the human body, for example. There are in fact many examples of where the propagation of electromagnetic waves through heterogeneous media is important.These simulation technique have recently been employed in biomedical optical imaging to aid in the interpretation of optical coherence tomography (OCT) images. OCT is a three-dimensional imaging technique which is now routinely available at high street opticians. It is highly effective for detecting a range of retinal diseases at an early stage. Performing OCT imaging as part of a routine optician examination is excellent for improving early detection of disease, however, there are simply not enough ophthalmologists to analyse these images. One excellent approach to solving this problem uses artificial intelligence, trained using historical OCT images which have already been analysed by ophthalmologists, to analyse new images. We propose to enrich this approach by using computers to simulate OCT images of the retina to improve the capabilities of the artificial intelligence system. The advantage of this approach is that, unlike real OCT images, the underlying condition of the retina is known precisely for simulated images.There is currently a problem which prevents us from simulating realistic OCT images of the retina, which is that these simulations take far too long to compute. These simulations take so long because of the time it takes to simulate how light travels in the retina. We plan to significantly speed up this calculation using artificial intelligence, in particular, deep neural networks. Developing a deep neural network approach to simulate light propagation will enable us to calculate simulated OCT of the retina for retinal structures which are of clinical importance. This will help to improve the analysis of OCT images. This fast method of simulating light propagation will be applicable to an immense range of applications where the propagation of electromagnetic waves is important.
无线电波、光波和微波都是电磁波的例子,它们对我们每天与之互动的无数技术至关重要。在模拟电磁波如何与物质相互作用的方法上已经付出了很多努力。例如,了解无线电波如何在大气中传播对卫星通信的发展非常重要。例如,模拟对于了解移动电话发出的辐射如何与人体相互作用也很重要。事实上,有许多例子表明,电磁波在异质介质中的传播是很重要的。这些模拟技术最近被用于生物医学光学成像,以帮助解释光学相干断层扫描(OCT)图像。OCT是一种三维成像技术,现在可以在大街上的眼镜店买到。它对早期发现一系列视网膜疾病非常有效。作为常规验光师检查的一部分,进行OCT成像对于提高疾病的早期发现是极好的,然而,根本没有足够的眼科医生来分析这些图像。解决这个问题的一个很好的方法是使用人工智能,使用眼科医生已经分析过的历史OCT图像进行训练,来分析新的图像。我们建议通过使用计算机模拟视网膜的OCT图像来丰富这一方法,以提高人工智能系统的能力。这种方法的优点是,与真实的OCT图像不同,模拟图像可以精确地了解视网膜的潜在状况。目前有一个问题阻碍我们模拟真实的视网膜OCT图像,那就是这些模拟需要太长时间来计算。这些模拟花了很长时间,因为模拟光在视网膜中的传播需要时间。我们计划使用人工智能,特别是深度神经网络来显著加快这一计算速度。开发一种模拟光传播的深度神经网络方法将使我们能够计算具有临床重要性的视网膜结构的模拟视网膜OCT。这将有助于提高对OCT图像的分析。这种快速模拟光传播的方法将适用于电磁波传播很重要的广泛应用。

项目成果

期刊论文数量(4)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
TDMS: An open source Time Domain Maxwell Solver for simulations in biomedical optics
TDMS:用于生物医学光学模拟的开源时域麦克斯韦求解器
  • DOI:
    10.1109/ipc57732.2023.10360589
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Munro P
  • 通讯作者:
    Munro P
TDMS: an open source time domain Maxwell solver for simulating optical coherence tomography image formation
TDMS:用于模拟光学相干断层扫描图像形成的开源时域麦克斯韦求解器
  • DOI:
    10.1117/12.2670986
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Munro P
  • 通讯作者:
    Munro P
On the inverse problem in optical coherence tomography.
  • DOI:
    10.1038/s41598-023-28366-w
  • 发表时间:
    2023-01-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
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  • 通讯作者:
    Peter Munro

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  • 财政年份:
    1971
  • 资助金额:
    $ 25.73万
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    7001841
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    1970
  • 资助金额:
    $ 25.73万
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