点阵结合法进行人体手厥阴心包经的光传播特性研究

在体研究了人体手厥阴心包经及其周围非经络组织的光传输特性.应用点阵结合法对包含手厥阴心包经的一个区域漫射光强度空间分布进行了无损测量.并对该区域的漫射光强度进行了整体分析,在漫射光强度分布的三维图上观察到有明显的线状凹陷,其位置与经络两侧的肌腱相吻合.结果表明,该方法可以有效地测出体表漫射光的空间分布.将实验数据进行三...     

经络与周边非经络组织的光传输特性探究

设计了一套无损检测光波沿人体经络传输特性的自动测量系统,测量808nm光波沿人体经络及其周边非经络组织的漫射光强度,分析不同的激光输出功率对组织相对衰减率的影响.运用生物组织中光子传输理论的近似漫射法对实验结果进行分析,发现经络与周边非经络组织之间的光传输特性存在差异,这种差异性具有明显的医学统计意义(P0.05).另外,还发现手厥阴心包经上的平均相对衰减因子比足太阴脾经小,可以得知,它们的光学特性参数存在差异.研究表明激光输出功率对组织的相对衰减率没有影响,证明了相对衰减率是由组织的光学特性决定的.     

非视线紫外光信号传输时间特性的数值模拟

在研究紫外光学非视线通信技术中,需要深入了解由于紫外大气散射效应所带来的各种信号畸变.传统的单次散射近似方法在进行较远距离、复杂天气条件下非视线光传输模拟时误差很大,采用基于Monte Carlo(MC)方法改进算法进行非视线紫外光信号传输的数值模拟,通过随机抽样的方法模拟光子在大气系统中的随机游动,在光子被大气中的粒子散射时计算其进入探测器的概率,模拟大气系统的脉冲响应函数.模拟结果表明:采用光子散射探测概率方法改进后的MC模型在模拟非视线光信号传输时计算效率显著提高;大气系统对非视线传输时的紫外光脉冲具有很强的展宽效应;随着光信号传输距离的增大,信号强度呈近似指数衰减的趋势.     

有限宽光束在生物组织中传输的蒙特卡罗方法

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.     

基于微纳结构及材料特性的光场调控模拟研究

利用时域有限差分算法（FDTD）对微纳结构靶的光场分布进行仿真模拟,探究微纳结构靶中的光传输机制,分析材料特性和结构参数对光传输特性和光场分布的影响。基于光场分布及演化的仿真模拟结果,对比半导体氧化铝、绝缘体二氧化硅和金属铜三种导电性不同的材料上纳米线和纳米孔阵列微纳结构靶的激光传输特性,分析光传输过程中的光场分布变化。研究结果表明,通过改变氧化铝和二氧化硅纳米孔（线）阵列结构靶中孔洞（纳米线）直径和间距等结构参数,可以实现对微纳结构靶中光传输特性和光场分布的调制,实现光场在介质材料和真空区域间的周期振荡分布,或是以一种稳定形态传输;激光在铜纳米孔阵列中传输时,透光性随孔洞半径的增加而增加。基于光场分布及演化的仿真模拟结果,对比不同材料、不同微纳结构靶的激光传输演化特性,给出物理图像及对应现象规律,根据光场调控需求,给出微纳结构靶设计。     

天气对光散射传输影响的仿真分析

天气对光散射传输影响分析具有很好的实践指导意义。目前均用单次散射模型研究非视线光传输信道特性,但该方法在天气条件差或者传输距离较远时误差很大。利用蒙特卡罗方法进行了基于多次散射的非视线光传输模拟,对多种天气条件下(晴、阴、雨和雾等)不同距离光散射传输进行仿真。结果表明,中远距离散射传输时,大气衰减起主导作用,信号传输质量由晴、阴、雨、雾依次降低;近距离散射传输时,受到大气衰减和散射的共同作用,天气对光散射传输的影响较小。因此,大气光散射传输技术可作为短距离条件下实现全天候通信的一种新方式。     

基于MCVM研究真实前臂结构对光传输的影响

复杂生物组织中光传输的精确模拟一直是组织光学的研究热点.利用新近发布的光在体素化三维结构组织中传输的蒙特-卡罗模拟软件(MCVM),采用目前国际上分辨率最高的人体结构数据集,模拟光在人体前臂组织中的传输,得到了组织中光吸收量的分布信息和空间分布特征,探讨了前臂组织的三维解剖结构对光传输和分布的影响.结果显示,三维解剖结...     

CdS/CdS_(0.48)Se_(0.52)轴向异质结纳米线的非对称光波导及双波长激射

本文利用可控的化学气相沉积法合成了高质量的轴向Cd S/Cd S0.48Se0.52异质结纳米线.扫描电子显微镜表征发现这些纳米线具有光滑的表面结构;荧光显微图像表明纳米线由Cd S和Cd SSe两部分沿轴向构成;微区荧光光谱研究表明界面区具有高的结晶质量;光波导研究表明异质结纳米线具有非对称光传输特性;进一步的激发功率依赖的荧光光谱研究表明此结构可以实现红和绿双波长激射,并且红色激射阈值低于绿色激射.理论模拟表明波导光可以两相间有效传输.     

应用耦合模理论研究光在圆对称双包层光纤中的传输(英文)

为了深入理解双包层光纤的光场传输特性,应用耦合模理论将双包层光纤等效为相互耦合的单模光纤和环形芯光纤,研究了圆对称的双包层光纤的光场传输.通过计算单模光纤LP01模和环形芯光纤导模的耦合系数发现了环形芯光纤LP0n模的耦合系数远大于其它导模的耦合系数,且LP0n模中的高阶模比低阶模的耦合系数大.据此,应用耦合模理论计算得到了该双包层光纤的光传输特性,计算结果发现光场沿光纤轴向呈近似周期分布,且纤芯中光功率变化的平均周期随波长递增,但平均归一化功率与光纤参数紧的选择有关.     

光在分层散射介质中传输行为的蒙特卡罗模拟研究

建立了光在发层散射介质中传输行为的蒙特卡罗模型,计算了皮肢层状结构的光传输特性,考虑联折射率不匹配带来的影响及不同光束特性（如均匀分布平面光场、高斯光束、光纤光束）对传输行为的影响,分析了分界面处光通量的传输特性,给出了不同特性光束的生物组织的表面漫射率曲线,比较了高斯光束和平面光场的卷积结果。     

Optically noninvasive measurement of the light transport properties of human meridians

To confirm the existence and properties of human meridians, the optical transport properties along the pericardium meridian and tissues around the pericardium meridian are studied noninvasively on twenty healthy volunteers in vivo and then compared with each other. Our study shows that the light propagating along the meridian and non-meridian directions both conform to the Beer's exponential attenuation law. However, statistical analysis of the results suggests that the optical transport properties of human meridian differ from those of the surrounding tissues over a low modulated frequency range (P < 0.01), and light attenuation along the pericardium meridian is significantly less than that along the non-meridian direction. These findings not only indicate the existence of acupuncture meridian from the point of view of biomedical optics, but also shed new light on an approach to investigation of human meridians.     

Simulation of spectral reflectances in human skin tissue using ray tracing and GPU-based Monte Carlo method

We study a simulation of spectral reflectance in human skin tissue using ray-tracing software and the Monte Carlo method on the basis of a graphics processing unit (GPU). An analysis of light propagation using ray-tracing software has several advantages in that it can readily reproduce the complex structure of skin tissue, such as grooves of the skin surface or the boundaries of skin tissue layers, and perform optical simulation with optical elements close to those in a real experiment using only the ray-tracing software. Meanwhile, it has a serious disadvantage in that the simulation time is extremely long because the algorithm is CPU-based. To overcome this disadvantage, we propose a simulation method using the ray-tracing software and a GPU-based Monte Carlo simulation (MCS). The results of the simulation are shown and discussed.     

生物组织光传播的时域特征分析

采用蒙特卡罗方法对脉冲光在组织中传播的时域特征作了研究，并把计算结果与漫射理论的解析解作了比较，文中详细分析了组织光学特性参数与组织表面时间分辨的漫反射光分布之间的关系。结果表明：散射系影响着漫反射光强到达峰值的时间，吸收系数影响着漫反射光强在峰值之后随时间下降的速度，而ｇ因子对响应曲线的前沿影响较大，在后沿阶段基本上没有影响。     

大空间生物组织透射的Monte Carlo模拟方法的加速

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。     

聚焦光束在半无限大生物组织内传播的Monte Carlo模拟

分析了聚焦光束在介质中的传播情况,利用VC++语言编制了一套平圆光束聚焦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,得出了平圆光束聚焦在半无限大生物组织内传播的规律。     

微细光束固化的蒙特卡罗建模

光固化是光束与光敏树脂之间的光化学反应,其作用过程对光固化加工分辨率有着直接影响.基于光子输运理论,利用蒙特卡罗方法追踪光子往树脂中的运动轨迹,对曝光光束人射、传输过程进行抽样,建立了微细光束固化模型;利用遗传算法并结合光同化实验重构获得了树脂材料的光学参数;利用该崮化模型,模拟计算了微细会聚紫外光束(λ=365 nm)单点曝光同化过程和固化单元点的形状和大小,分析了不同曝光最对固化结果的影响规律,计算结果与实验结果一致.研究表明,该模型可以有效地对微细光束与光敏树脂作用的复杂过程进行仿真,并能对不同入射光和曝光工艺条件下的固化物进行模拟计算,为微细光固化机理的研究和工艺优化提供了基础.     

生物组织光学特性参数的无创检测理论与技术

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 ,并对今后的工作作了展望     

Radiance-based monitoring of the extent of tissue coagulation during laser interstitial thermal therapy

Optical monitoring relates the dynamic changes in measured light intensity to the extent of treatment-induced coagulation that occurs during laser interstitial thermal therapy. We utilized a two-region Monte Carlo simulation to elucidate the nature of the changes in interstitial radiance and fluence that result from the formation of a volume of thermal coagulation surrounding a cylindrical emitter. Using simulation results, we demonstrate that radiance sensors are more sensitive than traditional fluence sensors to coagulation-induced scattering changes. Radiance measurements take advantage of directional detection angles that are more receptive to the onset and passing of the coagulation boundary. We performed experiments with albumen phantoms to demonstrate the practicality of the radiance method for monitoring interstitial laser thermal therapy.