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# IJV | 模擬架構規劃 July, 2021
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## 硬體設定
### i. 光源
- 規格
- 實體圖
- 尺吋
1. 正方形邊長: 30 mm
2. 中央出光孔半徑: 5 mm
- LED panel 與血管的相對方向
- holder 與皮膚之間會有水嗎？

### ii. 偵測器
- 規格
- 尺吋
1. Holder
- 長邊: 14.06 mm
- 短邊: 12.13 mm
2. Prism
- 邊長 5 mm 之等腰直角三角形
- 實體圖

- Holder 折射率
- 材質：Poly Lactic Acid, PLA
- 680-810nm 範圍內的折射率
- 資料來源: [Optical Properties of Polylactides](https://link.springer.com/article/10.1007/s10924-006-0001-z)
- 稜鏡折射率
- 使用的稜鏡型號為 → [PS909, THORLAB](https://www.thorlabs.com/thorproduct.cfm?partnumber=PS909)，與胤甫、哲皓使用的型號相同。
- 材料 → N-BK7。
- 折射率計算公式(Sellmeier Equation)與[來源](https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm?objectgroup_id=6973&tabname=n-bk7)。(另一個可供參考之[網站](https://refractiveindex.info/?shelf=glass&book=BK7&page=SCHOTT), given by THORLAB Tech Support)
*unit of λ in the above formula → μm
- 位於 IJV 使用波長範圍內之折射率 (Maximum ≈ 1.5136, Minimum ≈ 1.5106)

- 光纖 full acceptance angle
- 數值孔徑, NA
根據老師提供的資料，我們所使用的光纖NA為==0.22==。
- Full acceptance angle 計算
光纖的 full acceptance angle 計算公式為 2 x sin^-1^(NA/n_prism)，代入不同波長下的 n_prism，可見下圖的涵蓋範圍。

- 光纖bundle等效直徑計算

- 模擬方式：
1. 一般方式：
空氣的 n 設為 1.0，detector 緊貼皮膚表面，光子離開皮膚時**會偏折**。
2. 子佳碩論方式：
空氣的 n 設為 1.4(相當於 PDMS 的 n)，detector 緊貼皮膚表面，光子離開皮膚時**不會偏折**。(實驗的 source 端與 detector 端皆有塗導膠？)
- 優點 → ==source與皮膚==以及==detector與皮膚==之間皆為index-matched，收光效率好。
- 缺點 → 光子於 source - detector 之間較容易穿出皮膚
3. IJV 可行方式(不修改 MCX source code，以 detector 位於第一層組織之表面)
- 仿照子佳碩論，只是 detector 的半徑採用經過**稜鏡**後的等效半徑。模擬完後再後續分析真正進入 detector 的光子。(此方式實驗也需貼 **PDMS** 或相同光學性質之材料)
- 皮膚上方加一層類似 **PLA** 性質的組織(n = 1.4, mus 設極小)，此組織的大小相當於 PLA 裝置的大小(PLA 下方需塗導膠嗎？)
4. ==**最終 IJV 採用之模擬方式(暫訂)**==
- MCX
- 對照之真實情況(並未 follow 真正擺設之方向)

### iii. 光源 ↔ 偵測器方向
- 位於 ijv 正上方
- 與 ijv 平行

## 組織模型設定
### i. 組織物件建立順序(圖層概念，尚未知是否可行)
- 0^th^ layer **(Background layer)**: Air, ++Grid++
- 1^st^ layer: Source PLA, ++SubGrid++
- 2^nd^ layer: Detector PLA, ++SubGrid++
- 3^rd^ layer: Source Air **(A space where photons launch)**, ++Cylinder++
- 4^th^ layer: Detector Prism **(A space where photons can be detected)**, ++SubGrid++
- 5^th^ layer: Skin, ++Z Layer++
- 6^th^ layer: Fat, ++Z Layer++
- 7^th^ layer: Muscle, ++Z Layer++
- 8^th^ layer: IJV, ++Cylinder++
- 9^th^ layer: CCA, ++Cylinder++

### ii. 幾何參數
1. Background layer
2. 1st layer
3. 2nd layer

### iii. 光學參數
1. Background layer
2. 1st layer
3. 2nd layer

## MCX 細節參數設定
1. OriginType
2. Boundary reflect
3. etc...

## 觀念
1. 要視情況，雖然時常是模擬配合實驗，但有時也要讓實驗配合模擬。**`例如`**：當 PLA 與皮膚之間很難確保無空氣時，這時可以塗上一層 gel (index-matched with skin)，而不是硬是在模擬的 PLA 與皮膚之間加一層空氣。gel 的作用也可以降低雜訊。

## 相關問題
1. 稜鏡造成的衰減是由校正去補足嗎？
2. 稜鏡斜面要保有空氣？
3. 如果有碰到稜鏡斜面又跑回組織的光子？
4. 碰到皮膚表面又反射回 filter 又反射回皮膚的光子？
5. 之前 pattern 的模擬，光是從空氣進入的嗎？
6. 實際的紅光 pattern 的半徑應會比模擬來得小，此為最後結果的可能誤差來源。

## 備註
1. 模型假設
- Source 端: 模擬的 pattern 與實驗量取的 pattern 吻合，因此不需擔心++從皮膚反射回 filter 再反射回皮膚++的光子。**不過要注意的是，比較的對象是，皮膚的第一層吸收分佈 v.s. 光穿過白紙後被相機感測到的 R channel 分佈。**
- Detector 端: 忽略++從稜鏡內反射回皮膚++與++在稜鏡內反射++的光子

## 待辦
1. ~~試著再想想目前模型的設定方式有沒有問題，有沒有沒考慮到的、突發狀況的？~~
2. ~~試著給 MCX Cloud 的 preview 驗證形狀有無符合想像~~
3. ~~拍 source 照片~~
4. 實作
- 整個組織模型需要多大？source 在中央還是 source 與 detector 的中心點在中央？
- 幾何參數量測
- mua, mus, n, g 數值確認
- mcx 細節參數確認
- 全部的 output 可以以 jdata 形式輸出, source code compile, mcx code 整理 (類別形式，可以與 mcx_train 互通)
9. 確認此份文件是否清楚
10. 給 KB 確認
11. 重灌電腦、確認要一次模擬多少個 sds (Sensitivity ??)
12. 開始模擬