西安交通大学Xi'anJiaotongUniversity第1章生物组织光学特性1.1光学特性基本原理1.1.1反射和折射1.1.2 散射1.1.3吸收1.2组织中的光传输由于被散射的光子并不沿着确定的路程传输，因此传输理论主要是处理漫射辐射度的估计值问题。吸收和散射哪一个过程处于衰减过程中的主要地位，根据漫反射系数的值，必须选择足够近似的统计方法。这里介绍两种解决光传输问题的数值方法：蒙特卡罗模拟（MonteCarlosimulation）和库贝尔卡蒙克理论(Kubelka-Munktheory)o
Xi’an Jiaotong Jiaotong Jiaotong University University University 第1章 生物组织光学特性 １.１光学特性基本原理 1.1.1 反射和折射 1.1.2 散射 1.1.3 吸收 １.２ 组织中的光传输 由于被散射的光子并不沿着确定的路程传输， 因此传输理论主要是处 理漫射辐射度的估计值问题。吸收和散射哪一个过程处于衰减过 程中的主要地位， 根据漫反射系数的值， 必须选择足够近似的统 计方法。这里介绍两种解决光传输问题的数值方法： 蒙特卡罗模拟（Monte Carlo simulation） 和库贝尔卡蒙克理论 （Kubelka-Munk theory）
西安交通大学Xi'an Jiaotong University第1章生物组织光学特性·影响光在生物组织中传播的三个物理过程一反射和折射（reflectionandrefraction）散射(scattering)-吸收（absorption）·这三个过程分别用以下参数来描述一折射率一散射系数一吸收系数一各向异性·在反射、吸收或散射中，哪一种损耗为主，取决于生物组织的类型以及入射光的波长。波长是非常重要的参数，它决定了折射和吸收以及散射系数。·图3所示是光在两种介质的界面所发生的反射、折射、吸收及散射的几何关系
Xi’an Jiaotong Jiaotong Jiaotong University University University 第1章 生物组织光学特性 • 影响光在生物组织中传播的三个物理过程 – 反射和折射（reflection and refraction） – 散射（scattering） – 吸收（absorption） • 这三个过程分别用以下参数来描述： – 折射率 – 散射系数 – 吸收系数 – 各向异性 • 在反射、吸收或散射中，哪一种损耗为主，取决于生物组织的类型以及入 射光的波长。波长是非常重要的参数，它决定了折射和吸收以及散射系 数。 • 图3所示是光在两种介质的界面所发生的反射、折射、吸收及散射的几何关 系
西安交通大学Xi'anJiaotongUniversity1.1.1散射瑞利散射定律241zV1 + cos? (0)散射介质入射光I, (①) ~24图所示是光在两种介质的界面所发生的反射、折射、吸收及散射的几何关系
Xi’an Jiaotong Jiaotong Jiaotong University University University 1.1.1散射 图所示是光在两种介质的界面所发生的 反射、折射、吸收及散射的几何关系 L 入射光 散射介质 r R Z P 4 2 1 cos ( ) ( ) ~ s I 4 1 ~s I 瑞利散射定律
西安交通大学Xi'anJiaotongUniversity第1章生物组织光学特性1.2组织中的光传输1.2.1蒙特卡罗模拟蒙特卡罗方法实质上是用计算机模拟数量为N的光子的随机游动，其实它是一种统计方法。由于以统计理论为基础结果的精确性与N 成比例，所以就必须考虑到大量光子可以产生一个有价值的概率。因此，整个过程需要花费时间而且仅能在巨型计算机上进行有效的实施。在许多学科上，蒙特卡罗方法已经成为一个强有力的工具。在此，首先列出它的基本思想，然后简单讨论模拟的每个步骤。教学基本要求1.掌握生物医学光子学所涉及的基本概念、定律。2．掌握生物医学光子学所涉及的应用、方法
Xi’an Jiaotong Jiaotong Jiaotong University University University 第1章 生物组织光学特性 1.2 组织中的光传输 1.2.1 蒙特卡罗模拟 蒙特卡罗方法实质上是用计算机模拟数量为N的光子的随机游动， 其实 它是一种统计方法。由于以统计理论为基础结果的精确性与N 成 比例， 所以就必须考虑到大量光子可以产生一个有价值的概率。 因此， 整个过程需要花费时间而且仅能在巨型计算机上进行有效 的实施。在许多学科上， 蒙特卡罗方法已经成为一个强有力的工 具。在此， 首先列出它的基本思想， 然后简单讨论模拟的每个步 骤。 教学基本要求 1．掌握生物医学光子学所涉及的基本概念、定律。 2．掌握生物医学光子学所涉及的应用、方法
西安交通大学Xi'an Jiaotong University第1章生物组织光学特性1.2.1蒙特卡罗模拟蒙特卡罗模拟的基本思想是：应用吸收和散射现象来跟踪光子通过混浊介质的光程。将光子的两次碰撞之间的距离设置为对数分布，且用一个由计算机产生的随机数表示。通过对每一光子给定一个权值（weight），并且在传播过程此权值将持续地减少来说明吸收现象。如果发生散射，通过给定相函数和另一个随机数就选定了一个新的传播方向只有光子从所考察的容积中逃逸或者它的权值达到一个预定的截止阈值时，整个过程才算结束。根据Meier等的观点，吸收和散射的蒙特卡罗模拟主要由5个步骤组成：源光子的产生（sourcephotongeneration）、轨迹的产生（pathwaygeneration）、吸收（absorption）、消失(elimination）及检测（detection）
Xi’an Jiaotong Jiaotong Jiaotong University University University 第1章 生物组织光学特性 1.2.1 蒙特卡罗模拟 蒙特卡罗模拟的基本思想是： 应用吸收和散射现象来跟踪光 子通过混浊介质的光程。将光子的两次碰撞之间的距离设 置为对数分布，且用一个由计算机产生的随机数表示。通 过对每一光子给定一个权值（weight），并且在传播过程 此权值将持续地减少来说明吸收现象。如果发生散射，通 过给定相函数和另一个随机数就选定了一个新的传播方向。 只有光子从所考察的容积中逃逸或者它的权值达到一个预 定的截止阈值时，整个过程才算结束。根据Meier 等的观 点，吸收和散射的蒙特卡罗模拟主要由５个步骤组成： 源光子的产生（source photon generation）、轨迹的产生 （ pathway generation ） 、 吸 收 （ absorption ） 、 消 失 （elimination）及检测（detection）