УДК: 535.36, 535.34, 519.8

Применение метода Монте-Карло для моделирования распространения и поглощения излучения в оптически неоднородных биологических средах

Полный текст на elibrary.ru

Публикация в Journal of Optical Technology

Ссылка для цитирования:

Красников И.В., Сетейкин А.Ю. Применение метода Монте-Карло для моделирования распространения и поглощения излучения в оптически неоднородных биологических средах // Оптический журнал. 2015. Т. 82. № 5. С. 76–85.

Krasnikov I.V., Seteykin A.Yu. Using the Monte Carlo method to model radiation propagation and absorption in optically inhomogeneous biological media [in Russian] // Opticheskii Zhurnal. 2015. V. 82. № 5. P. 76–85.

Ссылка на англоязычную версию:

I. V. Krasnikov and A. Yu. Seteĭkin, "Using the Monte Carlo method to model radiation propagation and absorption in optically inhomogeneous biological media," Journal of Optical Technology. 82(5), 323-329 (2015). https://doi.org/10.1364/JOT.82.000323

Аннотация:

В основе предложенной модели лежит решение уравнения переноса излучения методом Монте-Карло. Рассматривается многослойная биологическая среда с включенными неоднородностями произвольной формы, на которую направлен поток фотонов. Предложенная модель позволяет проводить расчет распределения плотности поглощенной энергии лазерного излучения в многослойных материалах.

Ключевые слова:

метод Монте-Карло, уравнение переноса излучения, поглощение, рассеивание, многослойные материалы, биоткань

Благодарность:

Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований № 14-02-31029 “мол_а”.

Коды OCIS: 170.3660, 170.7050

Список источников:

1. Тучин В.В. Оптическая биомедицинская диагностика. Т.1. М.: Физико-математическая литература, 2007. 560 c.
2. Arridge S.R., Schotland J.C. Optical tomography: forward and inverse problems // Inverse Problems. 2009. V. 25. № 12. P. 950–957.
3. Bassi A.D., Andrea C., Valentini G., Cubeddu R., Arridge S.R. Propagation of spatial information in turbid media // Optics Letters. 2008. V. 33. № 23. P. 2836–2838.
4. Meglinski I., Doronin A.V. Monte Carlo modeling for the needs of biophotonics and biomedical optics // Advanced Biophotonics: tissue optical sectioning / Ed. by Tuchin V.V., Wang R.K. Taylor & Francis, CRC Press, 2012. Chapter 1. P. 1–72.
5. Fischer D.G., Prahl S.A., Duncan D.D. Monte Carlo modeling of spatial coherence: free-space diffraction // J. Opt. Soc. Am. A. 2008. V. 25. P. 2571–2581.
6. Jacques S., Wang L. Monte Carlo modeling of light transport in tissue // Optical-thermal response of laser-irradiated tissue / Ed. by Welch A.J., Martin J.C., Van Gemert. NY.: Plenum Press, 1996. V. 12. P. 73–100.
7. Kumar G., Schmitt J. Micro-optical properties of tissue // Advances in Laser and Light Spectroscopy to Diagnose Cancer and Other Diseases III: Optical Biopsy. 1996. V. 2679. P. 106–116.
8. Doronin A., Meglinski I. Peer-to-peer Monte Carlo simulation of photon migration in topical applications of biomedical optics // J. Biomed. Opt. 2013. V. 17. № 9. P. 090504-1–090504-3.
9. Wang L.H., Jacques S.L., Zheng L.Q. MCML: Monte Carlo modeling of photon transport in multylayered tissues // Comput. Methods Programs Biomed. 1995. V. 47. P. 131–146.
10. Wang L.H., Jacques S L., Zheng L.Q. CONV: Convolution for responses to a finite diameter photon beam incident on multilayered tissues // Comput. Methods Programs Biomed. 1997. V. 54. P. 141–150.
11. Newman M.E.J., Barkema G.T. Monte Carlo methods in statistical physics. Oxford, New York: Clarendon Press. Oxford University Press, 1999. 496 p.
12. Wilson B.C., Adam G. A Monte Carlo model for the absorption and flux distributions of light in tissue // Med. Phys. 1983. V. 10. № 6. P. 824–830.
13. Flock S.T., Patterson M.S., Wilson B.C., Wyman D.R. Monte-Carlo modeling of light-propagation in highly scattering tissues. I. Model predictions and comparison with diffusion theory // IEEE Trans. Biomed. Eng. 1989. V. 36. № 12. P. 1162–1168.
14. Petrov G.I., Doronin A., Whelan H.T., Meglinski I., Yakovlev V.V. Human tissue color as viewed in high dynamic range optical spectral transmission measurements // Biomedical Optics Express. 2012. V. 3. № 9. P. 2154–2161.
15. Korhonen V.O., Myllyla T.S., Kirillin M.Yu., Popov A.P., Bykov A.V., Gorshkov A.V., Sergeeva E.A., Kinnunen M., Kiviniemi V. Light propagation in NIR spectroscopy of the human brain // IEEE J. of Selected Topics in Quantum Electronics. 2010. V. 20. № 2. P. 7100310.

16. Shen H., Wang G. A study on tetrahedron-based inhomogeneous Monte Carlo optical simulation // Biomed. Opt. Express. 2011. V. 2. № 1. P. 44–57.
17. Krasnikov I., Seteikin A., Drakaki E., Makropoulou M. Thermal distribution in biological tissue at laser induced fluorescence and photodynamic therapy // Proc. SPIE. 2011. V. 8337. P. 83370E.
18. Krasnikov I., Seteikin A., Bernhardt I. Thermal processes in red blood cells exposed to infrared laser tweezers (λ = 1064 nm) // Journal of Biophotonics. 2011. V. 4. № 3. P. 206–212.
19. Krasnikov I., Popov A., Seteikin A., Myllylä R. Influence of titanium dioxide nanoparticles on skin surface temperature at sunlight irradiation // Biomedical Optics Express. 2011. V. 2. № 12. P. 3278–3283.
20. Павлов М.С., Красников И.В., Сетейкин А.Ю. Моделирование распространения оптического излучения методом Монте-Карло в биологических средах с замкнутыми внутренними неоднородностями // Оптический журнал. 2010. Т. 77. № 10. 2010. С. 15–19.
21. König K. Laser tweezers and multiphoton microscopes in life sciences // Histochem. Cell Biol. 2000. V. 114. P. 79–92.
22. Konig K., Tadir Y., Patrizio P., Berns M.W., Tromberg B.J. Effects of ultraviolet exposure and near infrared laser tweezers on human spermatozoa // Hum. Reprod. 1996. V. 11. P. 2162–2164.
23. König K., Liang H., Berns M.W., Tromberg B. Cell damage by near IR beams // Nature. 1995. V. 377. P. 20–21.