用近红外光谱技术实现生物组织含氧量的无损检测

为了实现利用近红外光谱技术进行生物组织氧合无损检测, 引入了光在强散射介质中的吸收定律,利用 Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ 方法计算了光子在组织中的迁移路径长度。在此基础上设计了双波长反射式近红外组织氧合变化监护仪。通过组织液体模型和人体骨骼肌含氧量检测的实验,证实了其有效性。     

三维任意几何光子成像系统的散射修正及图像重建方法

在客体材料密度重建过程中考虑散射光子的影响,研究了在重建过程中通过迭代扣除散射贡献进行散射修正的重建方法.针对三维任意几何结构问题,利用AutoCAD的二次开发功能实现几何前处理,开发了用于散射量计算的快速光子输运计算程序及基于三维任意几何结构的迭代法图像重建程序(IPOR).通过与蒙特卡罗程序MCNP进行数值比较,可知文中采用的散射修正方法在达到与蒙特卡罗方法相当精度的同时,其计算效率可提高2个数量级.重建计算结果表明,IPOR的重建精度远高于未进行散射修正的直接求解法的重建精度.     

两类探测轴子实验中耦合常数间的关联

采用微扰计算方法,探讨了轴子探测实验中两类耦合常数间的关联.低阶微扰计算结果表明:轴子的电磁衰变振幅与轴子和光子相互作用的耦合常数有关,由此得到了轴子一光子相互作用的耦合常数与轴子-核子耦合常数之间的关系式.此关系式可用于两类轴子探测实验结果的之间的相互比较和转换.     

Monte Carlo方法研究光子在有界肿瘤组织中的分布

目的研究有界肿瘤组织中光子分布特性。方法通过建立光在有界肿瘤组织中传输模型,用蒙特卡罗方法模拟光子在有界生物组织的传输,与半无限大肿瘤组织中光子分布的特性对比,分析光子在有界肿瘤组织中的分布特性。结果肿瘤组织中光子能量密度分布在纵向和横向基本是按负指数规律变化,但沿纵向在入射表面附近有极值点,当取定较小边界范围时,光子能量密度增加,组织内的有效光子数下降。结论有界肿瘤组织光子能量密度沿纵向和横向变化规律与半无限大组织变化规律相似,肿瘤组织边界影响光子在生物组织的能量密度和有效光子数分布。     

生物光子的相干效应

1 实验和结果已经知道,所有生物体(除少数原生物和藻类外)都产生超弱光子辐射(简称PE).其光谱范围从红外到紫外呈准连续光谱分布,强度为几个到几十个光子每秒每平方厘米.因为PE是生物体固有的性质,必然与生命过程相联,通过对它的测量和分析,可以了解生命过程.并可在此基础上,通过人为地调解PE以控制生命过程.对它的研究,意义是深远的.按生化和物理机制分析,PE应该分为两类:低水平的化学发光,和生物光子发射.     

生物组织中光传播的蒙特卡罗模拟

通过对光与生物组织相互作用特性的分析,模拟了一种求解光子在生物组织中迁移规律的蒙特卡罗计算方法,通过对大量光子进行计算从而获得光在生物组织中传播的理论依据.     

基于并行化逆向追踪技术的浅层组织拉曼蒙特卡罗模型

采用蒙特卡罗方法(Monte-Carlo,MC)建立多波段拉曼光子输运精确模型是发展扩散拉曼层析成像技术(diffuse Raman tomography,DRT)的重要基础步骤.传统拉曼蒙特卡罗(Raman Monte-Carlo,RMC)方法虽模拟精确但耗时严重,在DRT技术中应用受限,为此,设计了基于并行化逆向追踪技术的拉曼光子蒙特卡罗建模方法,根据格林互易性质,调换模型中给定散射光源和探测器的位置,在表面探测点处发射散射光源,对大量光子的输运过程进行基于GPU并行化的逆向追踪并积分求和,该方法可有效简化传统RMC方法中的的逐点模拟过程,从而提高计算效率.模拟结果表明,采用此新方法获取89、178和356个波段下模拟数据的计算耗时分别为50、85和180,min,与传统方法相比有明显提升,因而该方法可作为浅层生物组织DRT技术适用的快速正向建模方法.     

椭圆散射元构建的二维光子晶体禁带特性

基于对光子晶体禁带的研究,设计了一个椭圆形散射元。利用平面波展开法,采用二维六边形晶格结构,对这一椭圆散射元光子晶体的禁带特性进行模拟计算。分别计算了TE模式和TM模式两种电磁场下的光子晶体的禁带宽度,对相对禁带关于散射元结构参数变化的关系做了分析,依据相对禁带宽度,找到相对禁带最大的模型。     

高能质子-质子碰撞的光子产生

主要讨论了高能质子-质子碰撞机制,以及在此过程中的光子产生.我们认为光子信号主要来自质子-质子碰撞初期,这些反应的过程具体体现在夸克的湮灭和类康普顿散射过程.通过与PHENIX实验数据的对比,表明我们建立的夸克物质光子产生过程的处理方法能够较好地解释高能质子-质子碰撞过程中产生的光子产额.     

大鼠眼球的生物光子检测及其生物学意义

生物超弱发光(Ultra-weak Photon Emissions or Ultraweak Bioluminescence,UPEs)又简称为生物光子(Biophotons),被证明在植物、微生物和一些动物细胞之间起到信息传递的作用,是否在神经回路和视觉通路中起到信号传递的作用仍然不清楚。利用EM-CCD为基础,构建生物光子检测系统,对新分离的大鼠全眼、晶状体、玻璃体以及视网膜样品自发的生物光子和可见光诱导产生的生物光子进行检测。结果显示大鼠眼球中视网膜等部分可以自发和在光诱导情况下辐射出生物光子。     

Monte-Carlo方法研究生物组织内部的光能分布

由于光的无损性及其在光动力学中对于肿瘤的选择性杀伤 ,因此在医学诊断和治疗中光学方法具有良好的应用前景。全面了解光在高散射组织中的传播规律对于基础研究和临床应用都很重要。论文给出了在均匀或非均匀半无限大平板状生物组织中光分布的计算方法和仿真结果。结果表明 ,生物组织的光学性质强烈影响光在组织中的分布图案。若两个光源的位置取不同的安排 ,则会给出与之相应的、不同的光能分布图案。若在组织中存在一个肿瘤 ,大量光子将被其吸收 ,并且由检测器测得的能量会减小。结果表明Monte- Carlo仿真方法能提供对于探头结构设计和光源光强选择都十分有用的信息。     

基于Monte Carlo方法的扩散光在组织体中传输过程研究

光在组织体中的传输过程是扩散光的随机吸收和散射的过程,采用辐射传输方程来表示,由于方程比较复杂,无法直接得到解析解,传统方法是通过蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真模拟。通过对经典蒙特卡罗方法中的步长和权重的更改,完成对光子在组织体中传输过程的快速仿真。在相同的仿真条件下,同时对经典蒙特卡罗方法和改进的方法进行仿真实验,改进方法能够大幅度提高仿真速度;并对于含有异质子的组织体进行仿真,结果表明改进的方法不仅提高了速度,而且保证了实验结果的准确性。     

BGO晶体的性能研究

利用蒙特卡罗方法,模拟不同能量的γ射线在BGO晶体中的闪烁过程及不同厚度不同包装下闪烁光的空间分布,发现点光源模型对于晶体出光平面上闪烁光强分布是适用的.模拟表明：BGO与包装之间的界面粗糙时比光滑时空间分辨更好;闪烁中心离出光面越近位置分布越窄,且晶体厚度为4 mm时光产额最大.     

生物组织中光传输的随机行走模型

假设生物组织是均匀的各向同性的简立方晶格，光子在内部进行随机行走，得出组织表面光分布的解析表达式，然后考察组织散射的各向异性，将结果进行修正，所得结果与漫射近似理论及蒙特卡罗模拟进行了比较，结果显示在距离光源比较近外，随机行走比漫射近似理论更接近蒙特卡罗模拟结果，由此反演所获得的光学参数也较精确，证明随机行走模型是一个较好的模型。     

用Monte Carlo方法模拟HPGe单能光子能量响应函数

为了弥补用于HPGe探测器低能相对探测效率刻度、单能光子在HPGe探测系统上的能量全响应函数拟合实验数据不足的缺点,采用Monte Carlo方法模拟了一系列单能光子在该探测器上能量响应曲线。比较分析这些能量响应曲线,研究该探测器能量响应曲线随入射能量变化特征,并获得了能量响应曲线特征数据,为探测器低能区域相对探测效率刻度、单能光子在HPGe探测系统上的能量响应函数拟合,提供了可靠的研究数据。     

光在多层生物组织中传输的蒙特卡罗模拟

提出一种基于蒙特卡罗方法的数学模型 ;建立一个移动的球坐标系采样光子包传输方向 ;模拟了光在多层具有不同光学参数的组织中传输的漫反射率、漫透射率和光通量等光学特性 ,并将结果与已发表的结果进行对比 ,验证了该算法的正确性     

基于背向偏振散射光的层状病变无损定位诊断研究

采用偏振光的Monte Carlo技术模拟研究了线偏振光经含有层状病变的组织散射后,背向散射光的时域光强分布.计算结果表明与入射光同偏振态的背向散射光峰值光强与病变组织的厚度或深度的关系均可用一幂函数表示.进一步的研究表明背向散射光峰值光强的时间位置仅依赖于病变深度,与病变层厚度无关.基于上述关系提出了一种利用背向散射光进行层状病变无损定位诊断的方法.     

大型集装箱检测系统探测效率的MC模拟计算

为了研究各种不同能量和能谱分布的入射射线对于“大型集装箱辐射检测系统”成像质量的影响 ,通过采用Monte Carlo (MC)模拟方法 ,对该问题进行了计算求解。采用通用电子和光子模拟计算程序 EGS4,在保证足够的计算粒子数目的条件下 ,具有较高的计算精度。对 0 .8Me V单能光子和最大能量分别为 2 ,3,7Me V连续谱情况 ,从透射深度、丝分辨率和对比度灵敏度 3个方面加以分析和比较 ,给出了这 3个指标的数值范围 ,从而得到能量和能谱分布对系统成像质量的影响。这表明 MC方法能够应用于大型集装箱检测系统     

近红外线在四层匹配组织中的传输

根据匹配边界条件和外推边界条件，得到了近红外线通过四层高散射匹配介质的稳态和时域漫射方程的解．同时，编写了光通过四层匹配介质的蒙特卡罗程序，通过和蒙特卡罗模拟比较，发现当探测反射时，漫射方程正确地描述了光子迁移．