利用Monte Carlo方法研究发散角对光源附近空间分辨漫反射的影响

论文摘要

近光源生物组织的空间分辨漫反射研究是近年来生物医学光子学领域的一个研究热点,其目的就是发展一种能够测定生物组织光学参量的新技术。目前,用来描述光源附近生物组织光学特性的主要理论模型有:P3近似和Monte Carlo模型。然而,由P3近似理论模型求得的漫反射率的数学表达式相当复杂,在论文中主要采用Monte Carlo方法研究了近光源漫反射光子的分布,深入系统的讨论了不同光源对于空间分辨漫反射率的影响。本文首先详细介绍了Monte Carlo方法的基本原理,从基本原理出发,讨论了原有程序在模拟光源附近漫反射率时的局限性以及如何修改原有程序,使其更适合于实际情况（光源与观测点间的距离是0-1.5mm）。其次,重点介绍了考虑光源的发散角之后初始条件的设置问题,并应用修改之后的程序模拟计算了不同光源情况下的漫反射率随光源和探测点间距离变化的分布情况,分别讨论分析了光源的尺寸、性质、发散角以及功率对于漫反射率的影响。文中还模拟了多组不同参数（吸收系数,散射系数）的漫反射率,准备建立一个数据库以方便和实验结果的对比,今后将继续进行快速反演参数（吸收系数,散射系数）工作的研究。最后,本文将模拟、实验和理论分析的结果作了对比,发现运用修改后的程序模拟的结果与实验符合的较好,并且也验证了漫射理论已经不再适用。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 光子在生物组织中传输过程的研究概况
• 1.2 生物组织空间分辨漫反射的实验研究
• 1.3 本论文的主要工作和创新
• 第二章 用Monte Carlo方法研究光在生物组织中的传输过程
• 2.1 Monte Carlo方法的基本原理
• 2.1.1 MC方法概述
• 2.1.2 MC方法在组织光学中的应用及意义
• 2.1.3 随机抽样原理
• 2.2 光子传输过程的模拟
• 2.2.1 建立模型坐标系
• 2.2.2 光子的发射和初始化
• 2.2.3 光子的镜面反射
• 2.2.4 光子步长的选择
• 2.2.5 光子传输时坐标的变换
• 2.2.6 光子传输过程中的吸收问题
• 2.2.7 光子传输过程中的散射问题
• 2.2.8 边界处的反射和透射问题
• 2.2.9 光子的终止问题
• 2.2.10 光子相关信息的记录
• 本章小结
• 第三章 用Monte Carlo方法研究光源对漫反射率的影响
• 3.1 光子初始条件的修改
• 3.2 光源尺寸对漫反射率的影响
• 3.3 光源性质对漫反射率的影响
• 3.4 光源功率对漫反射率的影响
• 3.5 光源发散角对漫反射率的影响
• 3.6 用不同光子数模拟光源时的分辨率问题
• 本章小结
• 第四章 Monte Carlo 模拟结果和实验结果的对比分析
• 4.1 实验设备简介
• 4.2 实验的测量样品
• 4.3 实验结果和模拟结果的比对分析
• 4.4 建立组织光学参数反演数据库的主要思想
• 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 附录 在一个空间立体角内产生光子的相关程序
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢