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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：MCML83

4.3 现有的常用方法：MCLS86

4.4 现有的常用方法：tMCimg86

4.5 现有的常用方法：triMC3D88

4.6 现有的常用方法：MCXYZ91

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