光在生物组织中传输特性的定量蒙特卡罗模拟方法

摘要

光在生物组织中传输特性的定量蒙特卡罗模拟方法属于光谱技术应用，该方法先将目标生物组织的空间结构描述为一个三维数字矩阵，将入射光源表征为设定数目的光子的集合，将入射光源位置和入射光方向赋给每个光子的初始位置和方向；追踪每个光子的传输过程，然后输出光吸收矩阵和所有逸出光子的信息。本发明通过建立光在组织中传输的蒙特卡罗模型，定量地模拟出任意三维结构的生物组织中的光传输特性。该方法精度高，稳定性好，能够获得真实生物组织中光传输的丰富特性。应用该方法，可以优化生物组织光学检测/成像系统的设计，为光治疗剂量定量化提供精确信息，为光谱技术在生物组织中的检测区域定位及信号定量分析提供准确可靠的工具。

主权项

1、 一种光在生物组织中传输特性的定量蒙特卡罗模拟方法，其步骤包括：(1)将目标生物组织的空间结构描述为一个三维数字矩阵，即组织模型，矩阵中的元素对应目标生物组织的体素，每个元素的数值为标识组织类型的数字；设定目标生物组织的各类组织光学特性参数，包括吸收系数，散射系数，折射系数和各向异性因子；设定一个与组织模型大小相同的三维空矩阵，其中每个元素用于记录其对应生物组织中一个体素对光的吸收量；(2)将入射光源表征为设定数目的光子的集合，将入射光源位置和入射光方向赋给每个光子的初始位置和方向；(3)追踪每个光子的传输过程，首先投放光子，然后以由随机数确定的步长移动，在遇到边界的情况下发生反射或折射，一旦光子折射到生物组织外就停止追踪，否则在光子移动一个步长后发生光吸收而衰减能量，发生散射而改变方向，继续下一步移动的追踪直到光子能量衰减到足够小，应用俄罗斯轮回盘算法，如果光子在轮回盘中复活，继续追踪光子下一步的移动，如果在轮回盘中死亡，停止对该光子的追踪；(4)追踪完所有光子后输出光吸收矩阵和所有逸出光子的信息。