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《光在组织中传输的光强分布的蒙特卡罗模拟》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第卷第期华中理工大学学报年月邑光在组织中传输的光强分布的蒙特卡罗模拟陆隧丽毛慈波数学系激光技术国家重点实验室摘要采用蒙特卡,、高斯光束、平面圆光束等三种光束与血罗方法模拟计算了无限窄细光束管内膜组织相互作,,用时的光强分布并分析了光强分布的变化及导致这种变化的原因讨论了三种光束光强分布变化的区别及由此引起的三种光束的实际适用范围光在组织中的传输光强分布关被词蒙特卡罗模拟分类号随着激光应用于生物医学领域,人们对光与生物组织相互作用的研究越来
2、越重视研究光,在组织中传输时的光强分布特性及相关的参数对它的影响可以指导激光手术和组织诊断的进行,具有非常现实的意义,虽然光与组织相互作用的特性已经被广泛地研究过但是光在组织中传输的光强分布还未见详细报导进行这方面的研究旨在提供一个明晰的光强分布的轮廓及不同光束对光强分布的影响,、本研究应用蒙特卡罗模拟的方法计算无限窄细光束平面圆光束和高斯光束等三种波形的光束与血管内膜组织相互作用时在不同层面、不同径向半径上的光强分布入射光蒙特卡罗模拟的模型光与生物组织相互作用时光强分丁组织上表面布、反射、透射和吸收等特性,很难用解、侧坠豁获,析理论精确地解
3、得而蒙特卡罗方法可,以直接模拟光子在组织中的输运过程,得到满意的结果其精度随所取的光子数的增大而提高组织下表面一组织模型与光学参数,本文进行蒙特卡罗模拟时把柱坐标系建立在组织表面,如图所示柱图用于模拟光子传输的柱坐标和球坐标坐标轴的方向指向组织内部组织上,,表面一。单层组织下表面一为组织厚度组织的径向尺寸远远大于垂直入射的光的半径,所以,组织可以认为是半无限的收稿一一·日期陆隧丽,女,年生,副教授武汉,华中理工大学数学系华中理工大学学报年为了与文献,
4、」对照,本模拟计算选用其中的一组光学参数选择入射波长为,,。一‘组织为人体主动脉的血管内膜组织其光学参数为散射系数一吸收系数二,,一‘各向异性参数一组织厚度一模拟步骤运动步长由于光子在组织中运动时与粒子的碰撞是随机的,所以运动步长也是随。,,,机的运动步长一一宁一匀“式中宁是随机数泞为组织的消光系数,“一。,运动方向模拟光子运动时采用运动球坐标,如图虚线部分所示光子所在的点的坐标为,·上二
5、二二,二,。。二,,,,少少⋯,二,,,二,,,二。十,,。,,二,式中是第点光子运动的方向余弦和分别是第点和第十点的位置,是第步的运动步长光子包与物理量,本模拟用光子包代替许多单个光子并用权重因子描述组织对、、、光子吸收散射等作用本模拟的物理量有吸收系数光强漫反射和漫透射三种光束波形的波与同一组织相互作用的模拟模拟采用无限窄细光束作为入射到组织中的典型波形进行计算要得到其他波形的光与组织相互作用的结
6、果,只要修正入射光束的波形就行本研究所讨论的无限窄细光束可表示为占,为径向半径所模拟的另外两种波形的光分别为平面圆光束和高斯光束模拟结果与讨论门无限窄细光束的光强在组织中的分布光强沿径向半径的分布图是无限窄细光束进入组织并与组织相互作用后在特定层面上即是定值的光强沿径向半径的分布由图可知在每,,,一层面上均随的增大而减小靠近上表面的组织层面上随的衰减快当光,,,深入到内层组织时光强随的衰减变慢半宽度增大光强趋向均匀分布可见,无限窄细光束进入组织后在不
7、同层面上光束发生不同程度的展宽,且展宽的程度随光穿透组织的深度的增大而增大这种现象是由于光在组织中传输时被组织散射,使光束扩,,,展而引起了光强的再分布导致了光强的均匀化而随的衰减速度则是随的增大而减小,即越靠近组织上表面的层面,光强随的衰减越快这说明在组织表层,组织吸收对光强分布的影响大于组织散射的影响,而在组织的内部,则是散射的影响占主导地位光强沿轴方向的分布!图是无限窄细光束进入组织并与组织相互作用后在特定径向半径即是定值上的光强沿的分布!由图可知对每一径向,,的增大
8、而减小的分布曲线随半径随光强随的增加而逐渐
