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绪论 1

第1章 生物组织的光学特性 3

1.1 生物组织的光学特性参数 3

1.1.1 生物组织的光学特性参数 4

1.1.2 光在生物组织中的散射 7

1.2 生物组织光学特性参数的测量方法 11

1.2.1 测量方法的分类和测量量 11

1.2.2 组织光学特性参数的求解方法 14

1.3 光学组织模型 20

1.4 典型生物组织的光学特性参数 21

1.4.1 皮肤及皮下组织光学特性参数 22

1.4.2 眼部组织光学特性参数 27

1.4.3 脑部组织光学特性参数 30

1.4.4 乳房组织光学特性参数 35

1.4.5 骨组织光学特性参数 36

1.4.6 肌肉组织光学特性参数 38

参考文献 39

第2章 光在生物组织中传输的研究方法 41

2.1 辐射传输方程与扩散近似 41

2.1.1 辐射传输方程的描述变量 41

2.1.2 辐射传输方程 42

2.1.3 辐射传输方程的扩散近似 43

2.1.4 扩散方程的边界条件 45

2.1.5 扩散方程的应用 48

2.2 蒙特卡罗模拟 50

2.3 多流方法 50

2.3.1 Kubelka-Munk二流理论 50

2.3.2 四流理论 51

2.4 Adding-Doubling方法 52

2.5 混合方法 56

2.5.1 扩散方程与有限元的结合 56

2.5.2 扩散方程与蒙特卡罗模拟的结合 58

2.6 不同方法的比较 59

参考文献 59

第3章 蒙特卡罗模拟 61

3.1 概述与基本原理 61

3.2 蒙特卡罗方法的历史 63

3.3 工作过程与模拟计算 65

3.4 蒙特卡罗方法的应用 73

3.5 蒙特卡罗方法的发展 81

参考文献 82

第4章 光在混浊介质中传输的蒙特卡罗模拟 83

4.1 发展历史简述 83

4.2 现有的常用方法：MCML 83

4.3 现有的常用方法：MCLS 86

4.4 现有的常用方法：tMCimg 86

4.5 现有的常用方法：triMC3D 88

4.6 现有的常用方法：MCXYZ 91

参考文献 93

第5章 MCVM方法的数学物理模型 94

5.1 光在生物组织中传输的蒙特卡罗模拟基本步骤 94

5.2 随机变量抽样方法 96

5.3 体素化介质中光子传输的问题描述 98

5.4 体素化介质中光子传输规律 99

5.4.1 光子表征 99

5.4.2 发射光子包 100

5.4.3 光子步长与吸收 102

5.4.4 移动光子包 103

5.4.5 光子散射 103

5.4.6 光子路径与相邻体素边界交叉点的确定 104

5.4.7 体素组织边界的反射与折射 106

5.4.8 光子终止 107

5.4.9 稳态和时间分辨的光子传输 108

参考文献 109

第6章 光源特性对模拟结果的影响 111

6.1 介绍 111

6.2 卷积方法及原理 112

6.3 圆形均匀光束的卷积 114

6.4 高斯光束的卷积 116

6.5 卷积的数值解 117

6.6 卷积误差分析 120

6.7 分配入射光子包方法 121

参考文献 124

第7章 MCVM操作与光传输仿真教程 126

7.1 MCVM软件的下载及安装 126

7.2 MCVM的使用说明 126

7.2.1 输入数据文件 127

7.2.2 建立组织模型 128

7.2.3 执行 128

7.2.4 输出数据文件 130

7.2.5 输出数据的处理 131

7.2.6 基于MATLAB的MCVM模拟平台示例 131

7.3 MCVM使用举例 136

参考文献 142

第8章 蒙特卡罗模拟在医疗光子学领域的应用 144

8.1 在DCS/NIRS中的应用 144

8.2 在脉搏血氧计研制中的应用 148

8.3 在fNIRS系统中的应用 151

8.4 在光遗传学中的应用 156

8.5 在DOT中的应用 158

参考文献 164

附录 167

附录A 生物组织光学特性参数补充列表 167

A.1 上皮及黏膜组织光学特性参数 167

A.2 肝脏组织光学特性参数 170

A.3 心肌组织光学特性参数 172

A.4 动脉组织光学特性参数 173

A.5 肺部组织光学特性参数 174

附录B 术语索引 175