蒙特卡罗方法模拟生物组织中光的分布-山东大学学报工学版.PDFVIP

　第４０卷　第４期 山　东　大　学　学　报　（工　学　版） ２０１０年８月　 　 　　 Ｖｏｌ．４０　 Ｎｏ．４　　　　　ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＳＨＡＮＤＯＮＧＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ（ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＳＣＩＥＮＣＥ） Ａｕｇ．２０１０　 　文章编号：１６７２３９６１（２０１０）０４００４７０６ 蒙特卡罗方法模拟生物组织中光的分布  高迪，魏守水 ，任晓楠，崔建强，徐从娟 （山东大学控制科学与工程学院，山东 济南２５００６１） 摘要：用蒙特卡罗方法模拟了准直激光束垂直入射于生物组织的过程，分析了光子在生物组织中的运动轨迹、光 学参数对能量分布的影响、吸收能量密度和光能流率随组织厚度和半径的变化情况、组织表面径向和角向分辨的 漫反射率的变化情况，并利用卷积模拟了高斯光束与平圆光束在生物组织中的传输。结果表明：准直光束入射组 织时，能量主要集中在中央束轴附近；ｇ因子增大，光子前向运动增强；吸收系数 增大，光子数的分布沿纵向和 μ ａ 径向会同时减小；光能流率与吸收能量密度相比变化平滑；高斯光束的能量分布比平圆光束集中，变化迅速，中心 位置处吸收能量密度大。 关键词：蒙特卡罗方法；生物组织；吸收能量密度；漫反射 中图分类号：Ｑ６３２　　　文献标志码：Ａ ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｌｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｂｉｏｔｉｓｓｕｅｓｂｙｔｈｅＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ  ＧＡＯＤｉ，ＷＥＩＳｈｏｕｓｈｕｉ，ＲＥＮＸｉａｏｎａｎ，ＣＵＩＪｉａｎｑｉａｎｇ，ＸＵＣｏｎｇｊｕａｎ （ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｎｔｒｏｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ２５００６１，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｍｅｔｈｏｄｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｌｉｇｈｔｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｂｉｏｔｉｓｓｕｅｓｗｉｔｈａｃｏｌｌｉｍａｔｅｄｌｉｇｈｔｂｅａｍ． Ｔｈｅｔｒａｃｋｏｆｐｈｏｔｏｎｓｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ，ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｉｎｔｅｎｓｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｗｉｔｈｏｐｔｉｃａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓ，ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｅｎｅｒｇｙｄｅｎｓｉｔｙ ａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｕｅｎｃｅｗｉｔｈｄｅｐｔｈｓａｎｄｒａｄｉｕｓ，ｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｒａｄｉａｌｌｙａｎｄａｎｇｕｌａｒｌｙｒｅｓｏｌｖｅｄｄｉｆｆｕｓｅｒｅｆｌｅｃｔａｎｃｅｓｗｅｒｅａｎａ ｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＧａｕｓｓｉａｎｂｅａｍａｎｄｃｉｒｃｕｌａｒｌｙｆｌａｔｂｅａｍｉｎｂｉｏｔｉｓｓｕｅｓｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄｂｙｕｓｉｎｇｃｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎ． Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｗｈｅｎａｃｏｌｌｉｍａｔｅｄｌｉｇｈｔｂｅａｍｐｒｏｐａｇａｔｅｄｉｎｔｈｅｔｉｓｓｕｅ，ｔｈｅｅｎｅｒｇｙｗａｓｍａｉｎｌｙｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｅｄｉｎ ｔｈｅｖｉｃｉｎｉｔｙｏｆｔｈｅｃｅｎｔｒａｌａｘｉｓ．Ｔｈｅｐｈｏｔｏｎｓｆｏｒｗａｒｄｍｏｖｅｍｅｎｔｗａｓｅｎｈａｎｃｅｄｗｈｅｎｔｈｅｇｆａｃｔｏｒｗａｓｉｎｃｒｅａｓｅｄ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｅｃａｍｅｌａｒｇｅｒ，ｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｐｈｏｔｏｎｓｗａｓｒｅｄｕｃｅｄａｌｏｎｇｔｈｅｖｅｒｔｉｃａｌａｎｄｈｏｒｉｚｏｎｔａｌａｘｉｓ． Ｔｈｅｉｎｔｅｒｎａｌｆｌｕｅｎｃｅｃｈａｎｇｅｄｍ