文档介绍：南京航空航天大学
硕士学位论文
脑组织光学模型的蒙特卡罗(Monte Carlo)和模拟胶的仿真研
究
姓名:黄春
申请学位级别:硕士
专业:精密仪器及机械
指导教师:钱志余
20061201
南京航空航天大学硕士论文
摘要
脑组织光学参数实时在位无损与微创测试是组织光学的一个重要研究内容,
本文利用蒙特卡罗(Monte Carlo)模拟和模拟胶实验得到一套脑深部组织散射系
数在位测试算法,利用该算法可以实时测试脑组织的散射系数,此算法还可用于
脑外科手术导航定位等研究。
本文工作主要有三部分:(1)基于 Monte Carlo 方法模拟研究光在脑组织的分
布,通过 Matlab 软件进行二维图像重建,重建图像可以直观看出脑组织的光场分
布与散射系数的关系。(2)研究光纤探头在双层组织模型中前视距离(LAD)的
规律,通过 Monte Carlo 仿真得到前视距离的经验公式,利用该公式可以计算探头
在组织中的测量距离,为脑组织深部散射系数的数学算法研究提供依据。(3)研
究脑深部组织散射系数的测试数学算法。研究两种脑组织双层模型:散射系数上
升模型和散射系数下降模型。通过 Monte Carlo 研究脑组织模型的光场分布,分析
光场分布与组织散射系数的关联,得到描述光场分布和组织散射系数关系算法,
最后通过 Monte Carlo 和 Phantom 实验对该算法进行验证,结果表明该算法可以准
确、实时地计算脑组织的散射系数。
本文算法理论对临床微创手术导航和微创组织光学参数监测的研究具有一定
的实用价值,为将来组织参数的深入研究提供了一个实用工具。

关键词:脑组织,散射系数,前视距离,蒙特卡罗,模拟胶
I
脑组织光学模型的蒙特卡罗(Monte Carlo)和模拟胶的仿真研究
ABSTRACT
In vivo and mini-invasive determination of tissue parameters is an important area
in tissue optics. In this paper, an algorithm theory for determinining the scattering
coefficient of brain tissue was developed by Monte Carlo simulations and Phantom
experiments, and the algorithm theory can be used to determine scattering coefficient of
brain tissue and to be used in some reseach such as probe orientation location in the
brain surgery operation.
The research focused on three parts: 1. The photon distribution in the tissue was
studied by Monte Carlo simulations, and the 2-dimensional images of photo distribution
are constructed, which display the relationship between photon distribution and
scattering coefficient of brain tissue 2. Based on the photo distribution images of brain
tissue, the Look Ahead Distance (LAD) of optical probe in the brain tissue was explored
by Monte Carlo simulations, and the empirical formula of LAD was obtained by Monte
Carlo simulation, LAD is the effective ration depth for a optical probe in the brain
tissue, which was valuable for the measurement on the scattering coefficient algorithm
of brain tissue. 3. The algorit