漫射近似在测量生物组织光学性质中的适用范围

漫射近似理论经常被用来作为测量生物组织光学特性参数实验和方法的理论基础,但是漫射近似理论只是一种对辐射传输理论的近似结果,在一定条件下有其特定的适用范围.为了确定漫射近似理论在活体非侵入式无损测量要求下的适用范围,本文采用Monte Carlo模拟校验的方法,对漫射近似理论和Monte Carlo模拟计算的结果进行了比较,给出了基于单散射反照率a和各向异性因子g的漫射近似理论适用范围数值标准.这一标准为漫射理论的应用提供了参考依据.     

漫射近似理论的有效使用范围分析

利用蒙特卡罗方法模拟了半无限大生物组织内部深度分辨的光能流率的分布情况。分析了漫射近似理论的有效使用范围。当组织厚度大于 3/ 2个光子的平均自由程时 ,应用漫射近似理论能得到很好的结果 ,反之 ,漫射理论不能使用。也就是说 ,当组织厚度z >0 1875cm时 ,应用漫射理论能得到很好的结果 ;当组织厚度z <0 1875cm时 ,漫射理论不能使用     

混合漫射近似模型的漫反射理论及其模拟实验研究

研究了一个改进的漫射近似模型.该模型将漫射近似中的漫射系数D用描述P₃近似的漫射系数D_asym替代.推导了这个混合的漫射近似模型在单点源近似和外推边界条件下的反射率R_Hybrid(ρ)的解析表达式,比较了有效反照率a′对标准漫射近似R_DA(ρ)和R_Hybrid(ρ关键词： 漫射近似 P₃近似')" href="#">P₃近似 混合漫反射模型 强吸收     

基于混合漫射近似的空间分辨漫反射光学参量灵敏度的研究

根据空间分辨漫反射的双点源混合漫射近似模型, 推导了空间分辨漫反射率对生物组织吸收系数μ_a和有效散射系数μ'_s灵敏度的解析表示, 系统研究了在强吸收条件近光源区域吸收系数μ_a和有效散射系数μ'_s对漫反射光子分布的影响. 研究表明: 吸收系数的灵敏度随光源与探测器间距ρ的增加呈线性增长, 其斜率正比于(μ'_s/μ_a)^1/4, 比例系数约为1.4, 同时获得一个优化的探测距离ρ_opt, 距离光源约3.4个输运平均自由程, 在这个距离处有效散射系数的变化对测量吸收的影响最小. 这项研究对于生物组织的光学性质测量以及漫反射光谱技术的应用具有重要意义.     

生物组织光学参数的离体和在体无损测量

利用漫反射无损测量装置对实际生物组织的光学性质进行了测量,同时对人体前臂进行了在体测量,利用漫射近似所得到的两个解析表达式,对实验数据进行非线性拟合得到了两组光学特性参数,与其它文献中的结果相比较,一方面证实了我们实验设计的可行性,另一方面验证了漫射近似所得到的两个解析表达式之一更准确一些.     

双层半无限生物组织光学背散射的MonteCarlo模拟

用MonteCarlo方法模拟了漫散射光在双层半无限生物组织中的传输，并与半无限情形相比较，给出了一定表层厚度d下，组织表面的光强值、传输深度及分布范围随着各项异性因子g、吸收系数μa以及散射吸数μs变化而变化的关系，分析了其变化原因。     

两层生物组织光学特性参数无损测量的模拟研究

生物组织的光学特性参数是与疾病的无损光诊断有关的重要的光学参数，一般的测量所应用的模型是假设生物组织为半无限厚的均匀结构。为了更能反映生物组织的真实特性，本文应用两层结构模型，即假设第一层为有限厚的均匀组织，第二层为半无限厚，由漫射方程经过傅立叶变换得到传输方程的漫射解。为检验漫射解的准确性，将漫射解的表面漫射光分布与Monte Carlo模拟结果进行了比较，结果表明两者符合得很好。为了研究由漫射解是否可以获得两层组织的光学特性参数，将漫射解与Monte Carlo模拟数据进行了非线性拟合，反演获得组织的光学特性参数，结果表明，由漫射解可以获得两层组织的有效散射系数和吸收系数。     

会聚光在柱状模拟生物组织中的实验研究

在中空的柱状有机玻璃中充入Intralipid-10%溶液构成单层圆柱模拟样品.在会聚单色光入射Intralipid-10%溶液的情况下,利用特制的光纤探头、锁相放大器、斩波器和微动平台等组成测试装置,测量了柱状Intralipid-10%溶液内后向散射光、能流率的空间分布情况,并对测量结果进行分析.对参量不同的溶液中的光分布进行了比较,得出了柱状溶液中光分布的初步规律.     

生物组织中的光分布研究

本文利用蒙特卡罗方法模拟了单层生物组织中光的传输与分布情况,给出了生物组织中的光子数分布随着g因子、层厚d、吸收系数以及散射系数的变化而变化的关系,分析了其变化的原因     

用蒙特卡罗方法研究生物组织中的光分布

本文利用蒙特卡罗方法研究准直光束通过生物组织时其内部光吸收剂量分布的特点．计算模型设定的条件为：组织与其边界折射率不同、组织为纵向有一定宽度的层状结构．理论的计算模拟结果已同组织模拟体的实验结果作了比较，两者能较好的吻合．     

太赫兹光脉冲在生物介质中传播的蒙特卡罗法模拟

太赫兹光脉冲照射生物组织,利用蒙特卡罗方法模拟光脉冲在生物介质内的散射传播过程。光脉冲准垂直入射的情况下,得到了介质表面总漫反射率和总漫透射率与介质散射系数、吸收系数、平均散射余弦,以及介质厚度之间的关系;散射系数越大,总漫反射率越大;平均散射余弦值越小,总漫反射率也越大;同时总漫反射光强随着介质厚度的增加而增大,但存在一个极限值。     

用CCD测量生物组织的漫反射率和透射率

介绍CCD实验装置和用C语言开发的CCD图像分析系统 ,测量和分析了新鲜猪脂肪和猪肌肉空间分辨的漫反射率和透射率 ,将测量结果与MonteCarlo模拟结果以及基于漫射理论的两个模型的结果相比较 ,结果表明在距离光束中心 12mm的范围内理论结果与实验结果符合得较好。结论是用CCD测量装置以及作者所开发的图像分析系统可以用于测定生物组织的漫反射率和透射率 ,这项测量为生物组织光学参数的无损和快速测量提供了实验依据。     

面光源对人肺组织中光能分布的影响

用Monte Carlo方法仿真了两种面光源(高斯光束和圆平面光束)在人肺组织中的传播,讨论了不同面光源以及不同大小的光束入射到该组织时,其光能流率和漫反射强度的分布情况.结果表明激光光斑形状和大小的选择对激光的临床应用将有很大影响.     

Tracer diffusion in the presence of segregating obstacles

Tracer diffusion in an alloy in which the trajectories of one of the species is biased is examined as a model of mass transport with attendant segregation to extended defects (e.g., dynamic strain ageing, grain-boundary segregation). More specifically, we employ Monte Carlo simulation to describe the nonequilibrium diffusive behavior of the components of a two-dimensional lattice gas comprising A and B atoms wherein one of the species (B) interacts with randomly distributed line defects to create equilibrium atmospheres at late times. Various kinetic assumptions and defect densities are explored to highlight the role of B-atom mobility and defect interaction strength on the transport behavior of the A atoms. From the calculated instantaneous diffusivity, several diffusive regimes are then identified and related to evolving segregation profiles and, in particular, to the free area available for diffusion.     

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。     

辐射传输方程的三阶球谐展开(P3)近似的有限元法求解

从辐射传输方程出发,应用球谐函数方法对辐射率进行多项式展开,并利用球谐函数的正交性和递推性,在二维笛卡儿坐标下,导出了三阶展开的球谐函数微分方程组（P3近似）,改进了以往成像文献中忽略各项异性因子的P3近似,并用有限元方法对二维圆域均匀和非均匀两种情况做了数值模拟.与漫射近似模型相比较,P3近似能更准确地描述光源附近及吸收较强情况下边界的光辐射分布情况.     

无限介质中近场辐射率的P5近似

针对辐射率的漫射近似、P3近似等正向模型在描述小源探距离及低约化反照率介质下光子传输时存在的局限性,推导了用于小源探距离低反照率无限媒质中各向同性稳态点光源下辐射传输方程在P5近似下的解析解,并将P3近似、P5近似计算的辐射率分别和蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:在高约化反照率(0.97)条件下,P5近似和蒙特卡洛模拟结果的最大相对误差为13.17%,而P3为41.57%.在低约化反照率(0.69)条件下,最大相对误差分别为27.78%,286.70%.在其他光学参数下,P5近似与蒙特卡洛模拟的最大相对误差均小于P3.在P5适用的范围内舍弃最大特征根相关项,可以简化解析表达式,提高计算速度,且对P5的计算结果影响甚微.稳态辐射率测量系统仿体验证表明,在高、低约化反照率介质中的小源探距离下,由P5近似计算得到的辐射率和实验测量结果相符.     

A diffusion-based approximate model for radiation heat transfer in a solar thermochemical reactor

An approximate numerical method for fast calculations of the radiation heat transfer in a solar thermochemical reactor cavity is formulated based on the separate treatment of the solar and thermal radiative exchange by the diffusion approach. The usual P₁ approximation is generalized by applying an equivalent radiation diffusion coefficient for the optically thin central part of the cavity. The resulting boundary-value problems are solved using the finite element algorithm. The accuracy of the model is assessed by comparing the results to those obtained by a pathlength-based Monte Carlo simulation. The applicability of the proposed model is demonstrated by performing calculations for an example problem, which incorporates a range of parameters typical for a solar chemical reactor and the spectral radiative properties of polydisperse zinc oxide particles.     

无线光通信中脉冲位置调制信号误码率的蒙特卡罗仿真

分析了在无线光通信链路中对激光脉冲应用脉冲位置调制的误码率,介绍了蒙特卡罗仿真方法的基本思想及其处理概率问题的方法步骤,并用蒙特卡罗仿真方法得到了脉冲位置调制信号的误码率.仿真结果表明,脉冲位置调制信号的误码率随入射光强的增大而减小,可用雪崩光电二极管对其进行探测以得到良好的接收性能.这对探讨脉冲位置调制光通信链路的系统特性和无线光通信接收系统的设计具有一定的参考价值.