광음향 현미경(PAM) 열탄성 팽창 압력파 & 1,000Hz 0-Alloc C# 생체 미세혈관 조영 영상 복원 엔진

using System;
using System.Runtime.CompilerServices;

namespace ZeliDesk.PhotoacousticImaging
{
    /// <summary>
    /// 초음파 변환기 수신 광음향 펄스 상태 구조체
    /// </summary>
    public readonly ref struct PhotoacousticSignalState
    {
        public double LaserEnergyMicroJoule { get; } // 펄스 레이저 에너지 (uJ)
        public double TransducerRfVoltageMv { get; } // 초음파 센서 수신 전압 (mV)
        public double TimeOfFlightSec { get; }       // 비행 시간 ToF (s)
        public double SpeedOfSoundMps { get; }       // 생체 음속 (m/s)

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PhotoacousticSignalState(double laserE, double rfVolt, double tof, double c)
        {
            LaserEnergyMicroJoule = laserE;
            TransducerRfVoltageMv = rfVolt;
            TimeOfFlightSec = tof;
            SpeedOfSoundMps = c;
        }
    }

    /// <summary>
    /// 1,000Hz 0-Alloc C# 광음향 신호 정규화 및 혈관 깊이 복원 엔진
    /// </summary>
    public ref struct PhotoacousticEngine
    {
        private const double GruneisenParam = 0.25;      // 무차원 그뤼나이젠 상수
        private const double NominalLaserEnergyUj = 50.0;// 기준 레이저 에너지 (uJ)

        private double _maxDepthMeters;

        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public PhotoacousticEngine(double maxDepth)
        {
            _maxDepthMeters = maxDepth;
        }

        /// <summary>
        /// 1,000Hz 실시간 신호 연산 및 광학 흡수 계수/깊이 복원 루프
        /// </summary>
        [MethodImpl(MethodImplOptions.AggressiveInlining)]
        public readonly void ProcessStep(
            in PhotoacousticSignalState state,
            out double vesselDepthMeters,
            out double initialPressureKPa,
            out double relativeAbsorptionCoeff,
            out bool isMicrovesselDetected)
        {
            // 1. ToF 기반 미세혈관 깊이 z = v_s * t
            vesselDepthMeters = state.SpeedOfSoundMps * state.TimeOfFlightSec;

            // 2. 펄스 에너지 변동 정규화 (Laser Fluctuation Correction)
            double energyFactor = NominalLaserEnergyUj / Math.Max(1.0, state.LaserEnergyMicroJoule);
            double normalizedVolt = state.TransducerRfVoltageMv * energyFactor;

            // 3. 센서 감도 계수 (0.15 mV / kPa)
            const double sensorSensitivityMvPerKpa = 0.15;
            initialPressureKPa = normalizedVolt / sensorSensitivityMvPerKpa;

            // 4. 광학 흡수 계수 mu_a 추정 (p_0 = Gamma * mu_a * Fluence)
            relativeAbsorptionCoeff = initialPressureKPa / GruneisenParam;

            // 5. 혈관 식별 임계값 판정 (20 kPa 이상 및 깊이 한계 내)
            isMicrovesselDetected = (initialPressureKPa >= 20.0) && (vesselDepthMeters <= _maxDepthMeters);
        }
    }
}