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Phantom of Human Adipose Tissue and Studies of Light Propagation and Light Absorption for Parameterization and Evaluation of Noninvasive Optical Fat Measuring Devices 被引量:1
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作者 Stefan Hartmann Matthias Moschall +5 位作者 Oliver Schafer Frank Stüpmann Ulrich Timm David Klinger Jens Kraitl Hartmut Ewald 《Optics and Photonics Journal》 2015年第2期33-67,共35页
A method for noninvasive determination of fat and water content in the human body is examined. A spatially resolved spectroscopy method is used which can record low intensity near infrared spectra. This novel approach... A method for noninvasive determination of fat and water content in the human body is examined. A spatially resolved spectroscopy method is used which can record low intensity near infrared spectra. This novel approach is compared to other methods for the determination of fat and water content. Monte Carlo simulations of light propagation in tissue are shown and the production and characterization of optical phantoms of adipose tissue are investigated. 展开更多
关键词 Body Fat Percentage Noninvasive Body Fat Measurement Spectroscopy optical Properties of tissue optical Phantoms monte carlo simulation
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Reconstructing in vivo spatially offset Raman spectroscopy of human skin tissue using a GPU-accelerated Monte Carlo platform
2
作者 张云鹤 朱桓正 +6 位作者 董泳江 曾佳 韩新鹏 Ivan A.Bratchenko 张富荣 许思源 王爽 《Chinese Physics B》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第11期140-150,共11页
As one type of spatially offset Raman spectroscopy(SORS), inverse SORS is particularly suited to in vivo biomedical measurements due to its ring-shaped illumination scheme. To explain inhomogeneous Raman scattering du... As one type of spatially offset Raman spectroscopy(SORS), inverse SORS is particularly suited to in vivo biomedical measurements due to its ring-shaped illumination scheme. To explain inhomogeneous Raman scattering during in vivo inverse SORS measurements, the light–tissue interactions when excitation and regenerated Raman photons propagate in skin tissue were studied using Monte Carlo simulation. An eight-layered skin model was first built based on the latest transmission parameters. Then, an open-source platform, Monte Carlo e Xtreme(MCX), was adapted to study the distribution of 785 nm excitation photons inside the model with an inverse spatially shifted annular beam. The excitation photons were converted to emission photons by an inverse distribution method based on excitation flux with spatial offsets Δs of 1 mm, 2 mm, 3 mm and 5 mm. The intrinsic Raman spectra from separated skin layers were measured by continuous linear scanning to improve the simulation accuracy. The obtained results explain why the spectral detection depth gradually increases with increasing spatial offset, and address how the intrinsic Raman spectrum from deep skin layers is distorted by the reabsorption and scattering of the superficial tissue constituents. Meanwhile, it is demonstrated that the spectral contribution from subcutaneous fat will be improved when the offset increases to 5 mm, and the highest detection efficiency for dermal layer spectral detection could be achieved when Δs = 2 mm. Reasonably good matching between the calculated spectrum and the measured in vivo inverse SORS was achieved, thus demonstrating great utility of our modeling method and an approach to help understand the clinical measurements. 展开更多
关键词 monte carlo simulation tissue optical model spatially offset Raman spectroscopy
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利用Monte Carlo模拟技术研究OCT图像对比度 被引量:11
3
作者 胡海峰 姚建铨 张帆 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2004年第1期94-99,共6页
建立了光在生物组织中传播的模型,利用MonteCarlo模拟技术快速计算和可移植性的优点,研究了OCT图像对比度与显微物镜数值孔径、焦距深度、时间门参数的关系,并给出它们的关系曲线。通过在所建立的模型基础上加入透镜透过率函数和光学传... 建立了光在生物组织中传播的模型,利用MonteCarlo模拟技术快速计算和可移植性的优点,研究了OCT图像对比度与显微物镜数值孔径、焦距深度、时间门参数的关系,并给出它们的关系曲线。通过在所建立的模型基础上加入透镜透过率函数和光学传递函数,弥补了以往程序只能模拟光在生物组织中传播行为的缺点。该模型不仅可以分析生物组织图像与生物光学特性的关系,而且还可以指导OCT结构的完善和创新。模拟结果表明:在构建OCT时,参考臂与样品臂的这两个显微物镜的数值孔径越大,生物组织的采样深度越浅,处理信号的时间门宽度越小(但时间门宽度不能小于激光脉冲时间),混浊生物组织图像对比度越好。 展开更多
关键词 光相干层析术 montecarlo模拟 生物组织 光学特性 图像对比度 时间门
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脑组织光学模型的Monte-Carlo仿真研究 被引量:4
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作者 刘玉冰 钱志余 +3 位作者 王宏 李韪韬 刘洋洋 王绍波 《生物医学工程研究》 北大核心 2016年第1期18-21,35,共5页
研究脑组织参数和光学特性对NIRs光谱在组织表面的分布特性的影响。本研究采用MonteCarlo方法对脑组织光学模型进行仿真,分别研究脑脊液含量、灰质和白质的光学系数对组织表面光通量值的影响。研究发现:脑组织的组织参数和光学特性影... 研究脑组织参数和光学特性对NIRs光谱在组织表面的分布特性的影响。本研究采用MonteCarlo方法对脑组织光学模型进行仿真,分别研究脑脊液含量、灰质和白质的光学系数对组织表面光通量值的影响。研究发现:脑组织的组织参数和光学特性影响组织表面的光通量值。组织表面的光通量与脑组织吸收系数呈负相关,与脑组织约化散射系数呈正相关。理想状态下,在1.5~3.5 cm的检测半径内,组织表面的光通量值与脑脊液含量和脑实质光学特性具有显著相关性。 展开更多
关键词 monte-carlo仿真 近红外 脑组织 光学特性 脑脊液
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用于Monte Carlo模拟的复杂生物组织模型 被引量:1
5
作者 姜良刚 徐正红 +2 位作者 张镇西 朱京平 张云尧 《激光生物学报》 CAS CSCD 2011年第5期586-590,共5页
Monte Carlo(Mc)模拟被广泛应用于光子在生物组织中的传输研究。通常模拟时将生物组织近似为均匀的平板分层介质,当层状生物组织中含有异常物质(如肿瘤细胞等)或正常生物组织为非平板的复杂结构时,其模拟中的组织模型将会有相应的改变... Monte Carlo(Mc)模拟被广泛应用于光子在生物组织中的传输研究。通常模拟时将生物组织近似为均匀的平板分层介质,当层状生物组织中含有异常物质(如肿瘤细胞等)或正常生物组织为非平板的复杂结构时,其模拟中的组织模型将会有相应的改变。通过探讨这几类生物组织的MC模拟模型,总结并分析模型建立的关键问题,对基于MC模拟的各种生物组织光学检测研究提供了指导。 展开更多
关键词 monte carlo模拟 组织模型 组织光学特性
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大空间生物组织透射的Monte Carlo模拟方法的加速
6
作者 杨雪 李刚 +2 位作者 刘妍 赵静 林凌 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3476-3480,共5页
乳腺等类型生物组织的透射Monte Carlo模拟(简称MC模拟)耗时很长,这主要是由于被模拟的组织较厚和Monte Carlo模拟自身统计特性引起的所需光子数量多造成的。针对光源与接收面在同一直线上,采用光纤接收透射光的模型进行分析,通过考虑... 乳腺等类型生物组织的透射Monte Carlo模拟(简称MC模拟)耗时很长,这主要是由于被模拟的组织较厚和Monte Carlo模拟自身统计特性引起的所需光子数量多造成的。针对光源与接收面在同一直线上,采用光纤接收透射光的模型进行分析,通过考虑生物组织自身的光学特性,进行了边界约束和有效后向散射次数的限制来缩短仿真时间,经过多次实验验证,以两次散射所到位置为分界,并充分利用组织光学参数计算约束边界,计算相对比较简单,同时考虑到入射与出射的实际情况进行微扩,从而得到的约束边界。对光学参数相同但厚度不同的组织进行仿真,分析进入同一位置光纤的光子数所发生后向散射次数,发现后向散射次数随着组织厚度与散射系数的增大而增大,随着吸收系数与各向异性因子的增大而减小,通过限定后向散射次数来节省时间。仿真结果表明,在传统计算机上,该方法能够显著缩短MC模拟的运算时间50%左右,尤其适用于较厚且边界较为复杂的高散射物质的MC模拟。该提速方法主要应用于光源与接收面处于同一直线,且生物组织较厚,散射系数较大的情况,能够有效节约仿真所需时间,有利于分析组织透射成像。 展开更多
关键词 大空间生物组织 透射 monte carlo模拟 加速
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土壤中激光传输的Monte Carlo方法验证研究
7
作者 李细荣 徐东辉 《淮海工学院学报(自然科学版)》 CAS 2015年第2期19-22,共4页
介绍了土壤中激光的Monte Carlo仿真方法和漫射近似方程,假设了6组土壤的吸收系数和散射系数,通过Monte Carlo仿真程序得出了土壤的漫反射率,并利用漫射近似方程计算出了土壤的漫反射率.将两种方法算出的漫反射率进行了比较分析,其最大... 介绍了土壤中激光的Monte Carlo仿真方法和漫射近似方程,假设了6组土壤的吸收系数和散射系数,通过Monte Carlo仿真程序得出了土壤的漫反射率,并利用漫射近似方程计算出了土壤的漫反射率.将两种方法算出的漫反射率进行了比较分析,其最大相对误差为10.44%,最大绝对误差为0.049 7mm-2,说明在一定条件下,可以认为Monte Carlo仿真结果是足够精确的,以及用漫射近似方程反向拟合出土壤的吸收系数和散射系数是可行的. 展开更多
关键词 土壤组织 蒙特卡罗模拟 激光传输
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连续光在生物组织中能流率分布的漫射近似和模拟 被引量:25
8
作者 许棠 张春平 +2 位作者 王新宇 张连顺 田建国 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期571-575,共5页
分析了半无限大介质漫射近似不同边界条件的镜像光源结构 ,用镜像光源的方法给出了连续光入射时稳态能流率分布的漫射近似表达式 ,并用MonteCarlo方法对能流率分布进行模拟 ,分析了两种模型能流率分布的特点及其形成的机理 ;用MonteCarl... 分析了半无限大介质漫射近似不同边界条件的镜像光源结构 ,用镜像光源的方法给出了连续光入射时稳态能流率分布的漫射近似表达式 ,并用MonteCarlo方法对能流率分布进行模拟 ,分析了两种模型能流率分布的特点及其形成的机理 ;用MonteCarlo模拟结果检验了能流率分布漫射近似的精度 ,结果表明 :漫射近似采用EBC边界条件的结果有较高的精度和计算较简单等优点 。 展开更多
关键词 生物组织 能流率分布 漫射近似 镜像光源 连续光 monte carlo模拟 边界条件 光疗法 光诊断 医学工程
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在多层结构的生物组织中近红外光子迁移的研究 被引量:15
9
作者 丁海曙 王峰 +1 位作者 林方 苏畅 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期155-159,共5页
在无损近红外光学诊断领域中 ,研究光子在多层生物组织中的迁移十分重要。本文以猪的脂肪和肌肉组成的两层结构作为研究的样品。将近红外光源和检测器置于脂肪的表面 ,由光源发出被两层组织反射的光子的一部分由检测器所接收。本文给出... 在无损近红外光学诊断领域中 ,研究光子在多层生物组织中的迁移十分重要。本文以猪的脂肪和肌肉组成的两层结构作为研究的样品。将近红外光源和检测器置于脂肪的表面 ,由光源发出被两层组织反射的光子的一部分由检测器所接收。本文给出了光电流与光源到检测器的距离的关系以及光电流与脂肪厚度的关系。为了分析实验结果 ,用蒙特卡罗仿真来计算光子在均匀介质中迁移轨迹 ,用菲涅耳定律来决定光子包在脂肪和肌肉边界处的折射分量和反射分量。结果表明 ,仿真数据与实验符合得很好。结论是 :本文中所提供的实验和仿真方法对于分析光子在生物组织中的迁移以及优化传感器设计十分有用。 展开更多
关键词 无损光学诊断 近红外光谱 生物组织 蒙特卡罗仿真 近红外光子转移
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用Monte Carlo方法模拟光在双层生物组织中的传播 被引量:6
10
作者 陈敏 陈建文 +1 位作者 寇雷刚 徐至展 《中国激光》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第4期342-346,共5页
利用MonteCarlo方法模拟了光在两层具有不同光学参数的组织中的传输。详细讨论了组织间的吸收系数、有效散射系数和各向异性因子g的差异对漫反射率、漫透射率和光强的纵向分布的影响。
关键词 传输 散射 生物组织 光学特性
原文传递
光在多层匹配生物组织中的时域传输模型 被引量:10
11
作者 王喜昌 华臻 孟兆昆 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第7期1061-1065,共5页
建立了匹配介质的n层半无限厚频域方程的解,并对频域进行傅里叶变换,计算出时域方程的时间分辨漫反射(Time-resolvedReflectance)·为检验漫射模型的准确性,将时间分辨漫反射与蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟结果进行了比较,结果表明两... 建立了匹配介质的n层半无限厚频域方程的解,并对频域进行傅里叶变换,计算出时域方程的时间分辨漫反射(Time-resolvedReflectance)·为检验漫射模型的准确性,将时间分辨漫反射与蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟结果进行了比较,结果表明两者符合得很好·研究表明:该时域漫射模型可以判断生物组织和病变的光学特性· 展开更多
关键词 组织光学 生物组织 吸收系数 约化散射系数 蒙特卡罗模拟
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生物组织光学特性参数的无创检测理论与技术 被引量:10
12
作者 王艳秋 林凌 +2 位作者 李刚 相韶霞 天津大学 《光学技术》 CAS CSCD 2001年第4期355-358,共4页
无创定量确定生物组织的光学特性在医学诊断和治疗领域中有着很重要的意义和广泛的应用前景。作为生物组织光学特性参数无创检测技术的理论基础 ,首先简要介绍了描述散射介质中光传播及分布的漫散射理论及蒙特卡罗模拟算法 ;然后分别介... 无创定量确定生物组织的光学特性在医学诊断和治疗领域中有着很重要的意义和广泛的应用前景。作为生物组织光学特性参数无创检测技术的理论基础 ,首先简要介绍了描述散射介质中光传播及分布的漫散射理论及蒙特卡罗模拟算法 ;然后分别介绍了用漫散射理论和蒙特卡罗模拟算法无创定量确定生物组织光学特性参数的具体方法 ;最后总结了到目前为止无创定量确定生物组织光学特性参数的研究成果 。 展开更多
关键词 光学特性 无创检测 漫散射理论 蒙特卡罗模拟 生物组织
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有限宽光束在生物组织中传输的蒙特卡罗方法 被引量:10
13
作者 王吉晖 丁艳 +1 位作者 陈松林 吕松天 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S1期167-171,共5页
基于光在生物组织中的传输理论,研究有限宽光束在生物组织中的传输特性.利用入射光强与格林函数进行卷积计算,推导了有限宽光束在圆柱坐标系下的光传输过程,给出了有限宽光束的光传输方程.以高斯光源和平圆光源为例,进一步给出了两种光... 基于光在生物组织中的传输理论,研究有限宽光束在生物组织中的传输特性.利用入射光强与格林函数进行卷积计算,推导了有限宽光束在圆柱坐标系下的光传输过程,给出了有限宽光束的光传输方程.以高斯光源和平圆光源为例,进一步给出了两种光源的有限宽光束在生物组织中的光传输方程.介绍了Monte Carlo方法原理及模拟光在多层生物组织中的传输过程.给出了典型三层生物组织的散射系数、吸收系数和折射率等光学参数.利用Monte Carlo方法模拟了有限宽光束在三层生物组织中的传输特性,对比研究了高斯光源和平圆光源有限宽光束在三层生物组织传输时光学参数漫透射率、漫反射率和光能流率的变化规律.这些参数的变化规律可为光在生物组织传输的实际应用提供理论指导. 展开更多
关键词 组织光学 monte carlo方法 多层生物组织 有限宽光束 光学性质
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生物组织中有限束宽光吸收的蒙特卡罗模拟 被引量:10
14
作者 钱盛友 邢达 《激光生物学报》 CAS CSCD 2002年第2期93-97,共5页
用蒙特卡罗法模拟了有限束宽均匀分布和高斯分布光在生物组织中的传播 ,分析了生物组织的光学参数及光源特性对光吸收分布的影响。结果表明 :只要有效光吸收系数增加 ,最大光吸收率就会增加。光的侧向传输能力主要依赖于光的有效散射。... 用蒙特卡罗法模拟了有限束宽均匀分布和高斯分布光在生物组织中的传播 ,分析了生物组织的光学参数及光源特性对光吸收分布的影响。结果表明 :只要有效光吸收系数增加 ,最大光吸收率就会增加。光的侧向传输能力主要依赖于光的有效散射。光束宽度增加 ,辐照范围加宽。高斯光束的吸收分布的梯度更大。 展开更多
关键词 生物组织 有限束宽 光吸收 蒙特卡罗模拟
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质子在组织等效介质中能量沉积微观特性研究 被引量:1
15
作者 张文仲 郭勇 +1 位作者 骆亿生 王勇 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 2004年第5期410-413,共4页
为探讨质子在人体组织(或组织等效介质)中能量沉积微观特性,在对人体组织材料进行分析的基础上,确定水蒸气作为组织等效材料。利用蒙特卡罗粒子输运技术模拟质子在介质中的微观行为。通过计算数据分析可知,质子在介质中主要以小能量沉... 为探讨质子在人体组织(或组织等效介质)中能量沉积微观特性,在对人体组织材料进行分析的基础上,确定水蒸气作为组织等效材料。利用蒙特卡罗粒子输运技术模拟质子在介质中的微观行为。通过计算数据分析可知,质子在介质中主要以小能量沉积事件(0~50eV)发生能量沉积,这些小能量沉积事件组成质子径迹。 展开更多
关键词 质子 能量沉积 等效 介质 径迹 粒子输运 蒙特卡罗 微观行为 组织 技术
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CCD无损测量生物组织光学参数的实验研究 被引量:2
16
作者 杨丽 孙建华 张连顺 《中国民航大学学报》 CAS 2010年第3期41-44,共4页
为了实现生物组织光学参数的无损测量,采用CCD无损测量技术。获得了生物组织模拟液(Intralipid-20%稀释液)在连续的He-Ne激光光束照射下的表面漫射光分布图像;并用Monte Carlo方法数值模拟了漫射光分布,结果显示理论计算与实验测量结果... 为了实现生物组织光学参数的无损测量,采用CCD无损测量技术。获得了生物组织模拟液(Intralipid-20%稀释液)在连续的He-Ne激光光束照射下的表面漫射光分布图像;并用Monte Carlo方法数值模拟了漫射光分布,结果显示理论计算与实验测量结果在10 mm范围内相吻合。根据漫射近似理论对实验测量的数据进行非线性拟合,获得了生物组织模拟液的光学参数,与Bolt等报道的结果非常接近。提出了利用CCD设备无损测量生物组织光学参数的新设想,其可行性已被初步的试验证实。 展开更多
关键词 无损测量 CCD 光学参数 蒙特卡洛模拟 生物组织模拟液
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OCT系统中皮肤组织对光的漫反射和光能量吸收研究 被引量:3
17
作者 许世军 贾潇 《西安工业大学学报》 CAS 2013年第5期352-358,共7页
针对光在高散射介质中的传播特性,研究了皮肤组织中径向漫反射强度R(r)和纵向能量吸收强度A(z).利用Matlab对高散射随机皮肤组织中光子的随机运行进行蒙特卡罗模拟计算,依次改变肌肉层参数,得到三类典型参数在不同取值时的R(r)与A(z).... 针对光在高散射介质中的传播特性,研究了皮肤组织中径向漫反射强度R(r)和纵向能量吸收强度A(z).利用Matlab对高散射随机皮肤组织中光子的随机运行进行蒙特卡罗模拟计算,依次改变肌肉层参数,得到三类典型参数在不同取值时的R(r)与A(z).模拟结果表明,在其余参数不变,当吸收系数μα越大时,肌肉层中的能量衰减梯度越大,能量吸收强度的初值也越大,同时漫反射强度越小;当散射系数μs越大时,能量吸收强度的初值越大,衰减梯度也越大,漫反射强度的衰减梯度几乎相同;当各项异性因子g越大时,能量吸收强度的初值越小,即发生吸收的概率就越少,同时漫反射强度也越小;三类光学参数对R(r)影响程度相近并且较小,在半径为0.05cm范围内,漫反射强度均呈现出相类似的大梯度衰减. 展开更多
关键词 OCT 光传输 蒙特卡罗方法 皮肤组织 能量吸收强度 漫反射
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真皮层参数对OCT中皮肤各层光吸收的影响 被引量:1
18
作者 许世军 范卉 +1 位作者 邢闪闪 李阳阳 《西安工业大学学报》 CAS 2017年第3期173-178,共6页
为获取OCT中光子在高散射多层皮肤内传输特性,研究真皮层光学性质对光能量吸收分布的影响.利用蒙特卡罗方法分析准直激光束垂直照射条件下的高散射多层皮肤组织,采取依次改变真皮层的吸收系数μ_α、散射系数μ_s、各向异性因子g等三种... 为获取OCT中光子在高散射多层皮肤内传输特性,研究真皮层光学性质对光能量吸收分布的影响.利用蒙特卡罗方法分析准直激光束垂直照射条件下的高散射多层皮肤组织,采取依次改变真皮层的吸收系数μ_α、散射系数μ_s、各向异性因子g等三种典型光学参数的办法,研究了组织内光能量吸收密度A(r,z)随组织厚度z和径向半径r的二维分布和纵向光能量吸收密度A(z)的分布.模拟结果表明:A(r,z)、A(z)分布在层与层的交界处存在明显的分界线,随着μ_α变大,真皮层的光吸收能量的中心半径变大,表皮层和肌肉层的光吸收能量的中心半径都变小;随着μ_s的变大,真皮层和表皮层的光吸收能量的中心半径变大,肌肉层的光吸收能量的中心半径变小;随着g的变大,真皮层和表皮层的光吸收能量的中心半径变小,肌肉层的光吸收能量的中心半径变大. 展开更多
关键词 OCT 光传输 蒙特卡罗方法 皮肤组织 光能量吸收强度
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发散光束在半无限大生物组织内传播的Monte Carlo模拟 被引量:1
19
作者 张琳 祁胜文 《生物医学工程学杂志》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第6期1209-1212,共4页
为了对光在生物组织中的传播特性有更多的了解,分析了发散光束在介质中的传播情况。利用VC++语言编制了一套发散光束在半无限大生物组织内传播的Monte Carlo模拟程序,对几种不同参数值的情况进行了模拟。通过对模拟结果的分析,得出了发... 为了对光在生物组织中的传播特性有更多的了解,分析了发散光束在介质中的传播情况。利用VC++语言编制了一套发散光束在半无限大生物组织内传播的Monte Carlo模拟程序,对几种不同参数值的情况进行了模拟。通过对模拟结果的分析,得出了发散光束在半无限大生物组织内传播的规律,为发散光束在光诊疗中的应用提供了参考。 展开更多
关键词 生物光学 生物组织 发散光束 monte carlo模拟 吸收光子数密度
原文传递
生物组织中光传播的蒙特卡罗模拟 被引量:2
20
作者 彭舒 《科学技术与工程》 2009年第19期5758-5760,5764,共4页
通过对光与生物组织相互作用特性的分析,模拟了一种求解光子在生物组织中迁移规律的蒙特卡罗计算方法,通过对大量光子进行计算从而获得光在生物组织中传播的理论依据。
关键词 生物组织 光学参数 蒙特卡罗模拟
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