基于蒙特卡罗模拟的散射介质中后向光散射模型及分析应用! - 物理学报.pdf

第 卷 第 期 年 月 物 理 学 报 #% K $$( K ， ， ， SE6 *#% .E *K Q?TF?3H?U $$( （ ） ’$$$2K$L$$(L#% $K L)$$2$) M/1M NOPQR/M QR.R/M !$$( /V57 * NVWD * QEA * 基于蒙特卡罗模拟的散射介质中后向光散射模型 及分析应用! ! 徐兰青 李 晖 肖郑颖 （福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室，福州 #$$$% ） （ 年 月 日收到； 年 月 日收到修改稿） $$% ’ ’( $$( ’ ) 构建了内光源模型探讨散射介质中的光散射现象，利用蒙特卡罗方法研究了逃逸出组织的后向散射光子数随 光子在组织内部发生的散射次数的分布关系，探讨了光源照明方式、辐射强度、接收方式、调制等参数的变化对后 向散射的影响，结果表明后向散射光子的数量随散射次数的分布并非简单的单调递增或递减，而是一条先增大后 减小出现峰值的曲线* 峰值位置、峰值大小及曲线形状与光源、探测方式、组织光学特性参数等有关* 关键词：医用光学与生物技术，散射介质，后向散射，蒙特卡罗模拟 ： ， ， !## (%)$+ (’%$, -#+ 参数的变化对后向散射的影响，通过模拟计算得到 ’B 引 言 不同情形下逃逸出组织的后向散射光子数随光子在 组织内部发生的散射次数的分布关系 其结果可用 * 近年来随着医学诊断技术向无损化方向的不断 于解释若干成像技术中的成像深度问题，同时也表 发展，利用光学的手段实现生物组织体中的成像问 明如果纯粹依赖弹道光和蛇行光是难以实现较深的 题正在受到越来越广泛的关注，许多新兴的技术正 成像深度* 不断地被引入到这一领域的研究中 虽然目前可资 * 利用的成像技术不少，也已有诸多理论和实验的乐 B 内光源理论模型 观报道，但是由于生物组织是一种具有复杂结构的 多重散射随机介质，其强散射的特性使得激光在组 常用的不同检测方式包括采用准直或漫射光 织中的传输成为一个相当复杂的过程，从而限制了 源，对光源或介质加以调制，改变入射光强，改变接 受装置的探测角度等 实际的成像方法很多，难以 光学成像技术的临床应用* 为了提高成像质量，多 * 数成像技术都期望利用弹道光或经历散射次数较少 逐一计算，这里对它们的本质特征和共有属性做了 的蛇行光成像，而由于强散射，高频率的光波在组织 提炼，构建内光源理论模型以简化分析* 光子从发 体中的平均自由程通常只有几个到几十微米，难以 射到接收的过程可以唯象地分为以下几段：从光源 ［— ］ ’ %