利用Monte Carlo模拟技术研究OCT图像对比度 被引量：11

1

作者 胡海峰 姚建铨 张帆 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 2004年第1期94-99,共6页

建立了光在生物组织中传播的模型,利用MonteCarlo模拟技术快速计算和可移植性的优点,研究了OCT图像对比度与显微物镜数值孔径、焦距深度、时间门参数的关系,并给出它们的关系曲线。通过在所建立的模型基础上加入透镜透过率函数和光学传... 建立了光在生物组织中传播的模型,利用MonteCarlo模拟技术快速计算和可移植性的优点,研究了OCT图像对比度与显微物镜数值孔径、焦距深度、时间门参数的关系,并给出它们的关系曲线。通过在所建立的模型基础上加入透镜透过率函数和光学传递函数,弥补了以往程序只能模拟光在生物组织中传播行为的缺点。该模型不仅可以分析生物组织图像与生物光学特性的关系,而且还可以指导OCT结构的完善和创新。模拟结果表明:在构建OCT时,参考臂与样品臂的这两个显微物镜的数值孔径越大,生物组织的采样深度越浅,处理信号的时间门宽度越小(但时间门宽度不能小于激光脉冲时间),混浊生物组织图像对比度越好。 展开更多

关键词 光相干层析术 montecarlo模拟 生物组织 光学特性 图像对比度 时间门

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大空间生物组织透射的Monte Carlo模拟方法的加速

2

作者 杨雪 李刚 +2 位作者 刘妍 赵静 林凌 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期3476-3480,共5页

乳腺等类型生物组织的透射Monte Carlo模拟(简称MC模拟)耗时很长,这主要是由于被模拟的组织较厚和Monte Carlo模拟自身统计特性引起的所需光子数量多造成的。针对光源与接收面在同一直线上,采用光纤接收透射光的模型进行分析,通过考虑... 乳腺等类型生物组织的透射Monte Carlo模拟(简称MC模拟)耗时很长,这主要是由于被模拟的组织较厚和Monte Carlo模拟自身统计特性引起的所需光子数量多造成的。针对光源与接收面在同一直线上,采用光纤接收透射光的模型进行分析,通过考虑生物组织自身的光学特性,进行了边界约束和有效后向散射次数的限制来缩短仿真时间,经过多次实验验证,以两次散射所到位置为分界,并充分利用组织光学参数计算约束边界,计算相对比较简单,同时考虑到入射与出射的实际情况进行微扩,从而得到的约束边界。对光学参数相同但厚度不同的组织进行仿真,分析进入同一位置光纤的光子数所发生后向散射次数,发现后向散射次数随着组织厚度与散射系数的增大而增大,随着吸收系数与各向异性因子的增大而减小,通过限定后向散射次数来节省时间。仿真结果表明,在传统计算机上,该方法能够显著缩短MC模拟的运算时间50%左右,尤其适用于较厚且边界较为复杂的高散射物质的MC模拟。该提速方法主要应用于光源与接收面处于同一直线,且生物组织较厚,散射系数较大的情况,能够有效节约仿真所需时间,有利于分析组织透射成像。 展开更多

关键词 大空间生物组织 透射 monte carlo模拟 加速

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连续光在生物组织中能流率分布的漫射近似和模拟 被引量：25

3

作者 许棠 张春平 +2 位作者 王新宇 张连顺 田建国 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第5期571-575,共5页

分析了半无限大介质漫射近似不同边界条件的镜像光源结构 ,用镜像光源的方法给出了连续光入射时稳态能流率分布的漫射近似表达式 ,并用MonteCarlo方法对能流率分布进行模拟 ,分析了两种模型能流率分布的特点及其形成的机理 ;用MonteCarl... 分析了半无限大介质漫射近似不同边界条件的镜像光源结构 ,用镜像光源的方法给出了连续光入射时稳态能流率分布的漫射近似表达式 ,并用MonteCarlo方法对能流率分布进行模拟 ,分析了两种模型能流率分布的特点及其形成的机理 ;用MonteCarlo模拟结果检验了能流率分布漫射近似的精度 ,结果表明 :漫射近似采用EBC边界条件的结果有较高的精度和计算较简单等优点 。 展开更多

关键词 生物组织 能流率分布 漫射近似 镜像光源 连续光 monte carlo模拟 边界条件 光疗法 光诊断 医学工程

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在多层结构的生物组织中近红外光子迁移的研究 被引量：15

4

作者 丁海曙 王峰 +1 位作者 林方 苏畅 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2001年第2期155-159,共5页

在无损近红外光学诊断领域中 ,研究光子在多层生物组织中的迁移十分重要。本文以猪的脂肪和肌肉组成的两层结构作为研究的样品。将近红外光源和检测器置于脂肪的表面 ,由光源发出被两层组织反射的光子的一部分由检测器所接收。本文给出... 在无损近红外光学诊断领域中 ,研究光子在多层生物组织中的迁移十分重要。本文以猪的脂肪和肌肉组成的两层结构作为研究的样品。将近红外光源和检测器置于脂肪的表面 ,由光源发出被两层组织反射的光子的一部分由检测器所接收。本文给出了光电流与光源到检测器的距离的关系以及光电流与脂肪厚度的关系。为了分析实验结果 ,用蒙特卡罗仿真来计算光子在均匀介质中迁移轨迹 ,用菲涅耳定律来决定光子包在脂肪和肌肉边界处的折射分量和反射分量。结果表明 ,仿真数据与实验符合得很好。结论是 :本文中所提供的实验和仿真方法对于分析光子在生物组织中的迁移以及优化传感器设计十分有用。 展开更多

关键词 无损光学诊断 近红外光谱 生物组织 蒙特卡罗仿真 近红外光子转移

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光在多层匹配生物组织中的时域传输模型 被引量：10

5

作者 王喜昌 华臻 孟兆昆 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第7期1061-1065,共5页

建立了匹配介质的n层半无限厚频域方程的解,并对频域进行傅里叶变换,计算出时域方程的时间分辨漫反射(Time-resolvedReflectance)·为检验漫射模型的准确性,将时间分辨漫反射与蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟结果进行了比较,结果表明两... 建立了匹配介质的n层半无限厚频域方程的解,并对频域进行傅里叶变换,计算出时域方程的时间分辨漫反射(Time-resolvedReflectance)·为检验漫射模型的准确性,将时间分辨漫反射与蒙特卡罗(MonteCarlo)模拟结果进行了比较,结果表明两者符合得很好·研究表明:该时域漫射模型可以判断生物组织和病变的光学特性· 展开更多

关键词 组织光学 生物组织 吸收系数 约化散射系数 蒙特卡罗模拟

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有限宽光束在生物组织中传输的蒙特卡罗方法 被引量：11

6

作者 王吉晖 丁艳 +1 位作者 陈松林 吕松天 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第S1期167-171,共5页

基于光在生物组织中的传输理论,研究有限宽光束在生物组织中的传输特性.利用入射光强与格林函数进行卷积计算,推导了有限宽光束在圆柱坐标系下的光传输过程,给出了有限宽光束的光传输方程.以高斯光源和平圆光源为例,进一步给出了两种光... 基于光在生物组织中的传输理论,研究有限宽光束在生物组织中的传输特性.利用入射光强与格林函数进行卷积计算,推导了有限宽光束在圆柱坐标系下的光传输过程,给出了有限宽光束的光传输方程.以高斯光源和平圆光源为例,进一步给出了两种光源的有限宽光束在生物组织中的光传输方程.介绍了Monte Carlo方法原理及模拟光在多层生物组织中的传输过程.给出了典型三层生物组织的散射系数、吸收系数和折射率等光学参数.利用Monte Carlo方法模拟了有限宽光束在三层生物组织中的传输特性,对比研究了高斯光源和平圆光源有限宽光束在三层生物组织传输时光学参数漫透射率、漫反射率和光能流率的变化规律.这些参数的变化规律可为光在生物组织传输的实际应用提供理论指导. 展开更多

关键词 组织光学 monte carlo方法 多层生物组织 有限宽光束 光学性质

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质子在组织等效介质中能量沉积微观特性研究 被引量：1

7

作者 张文仲 郭勇 +1 位作者 骆亿生 王勇 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 2004年第5期410-413,共4页

为探讨质子在人体组织(或组织等效介质)中能量沉积微观特性,在对人体组织材料进行分析的基础上,确定水蒸气作为组织等效材料。利用蒙特卡罗粒子输运技术模拟质子在介质中的微观行为。通过计算数据分析可知,质子在介质中主要以小能量沉... 为探讨质子在人体组织(或组织等效介质)中能量沉积微观特性,在对人体组织材料进行分析的基础上,确定水蒸气作为组织等效材料。利用蒙特卡罗粒子输运技术模拟质子在介质中的微观行为。通过计算数据分析可知,质子在介质中主要以小能量沉积事件(0～50eV)发生能量沉积,这些小能量沉积事件组成质子径迹。 展开更多

关键词 质子 能量沉积 等效 介质 径迹 粒子输运 蒙特卡罗 微观行为 组织 技术

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生物组织中光传播的蒙特卡罗模拟 被引量：2

8

作者 彭舒 《科学技术与工程》 2009年第19期5758-5760,5764,共4页

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。

关键词 生物组织 光学参数 蒙特卡罗模拟

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生物组织光透射特性的理论与实验研究

9

作者 李振华 马春光 +3 位作者 来建成 王春勇 王振东 贺安之 《南京理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第3期273-278,共6页

该文利用所建立的测量激光在组织透射面上光强分布的实验装置 ,实验测得在不同分布的激光光源照射下 ,组织透射面上的光能分布 ,并进行了三维图重建 ,同时采用基于脉冲响应函数的MonteCarlo方法模拟了相应条件下仿生物组织样品透射面上... 该文利用所建立的测量激光在组织透射面上光强分布的实验装置 ,实验测得在不同分布的激光光源照射下 ,组织透射面上的光能分布 ,并进行了三维图重建 ,同时采用基于脉冲响应函数的MonteCarlo方法模拟了相应条件下仿生物组织样品透射面上的二维光场分布 ,模拟结果与实验结果具有很好的一致性 ,说明基于脉冲响应函数的MonteCarlo方法是处理复杂面光源照射条件下生物组织中光分布和传输问题的简洁、有效途径。 展开更多

关键词 光分布测量 脉冲响应函数 montecarlo模拟 仿组织样品

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光学分子影像仿真平台MOSE的设计与实现 被引量：3

10

作者 任努努 陈多芳 +3 位作者 陈雪利 彭宽 冒晶晶 田捷 《计算机科学》 CSCD 北大核心 2011年第5期268-271,共4页

随着光学分子影像研究的不断深入及相关实验的不断改进,越来越多的研究人员迫切需要一种仿真平台来辅助研究光传输过程。介绍了一种集成多种光学分子成像模态前向仿真的软件平台MOSE(Molecular Optical Simu-lation Environment)。该平... 随着光学分子影像研究的不断深入及相关实验的不断改进,越来越多的研究人员迫切需要一种仿真平台来辅助研究光传输过程。介绍了一种集成多种光学分子成像模态前向仿真的软件平台MOSE(Molecular Optical Simu-lation Environment)。该平台以光学分子成像实验为基础,实现了光在混沌介质及自由空间中的传输仿真算法,并在统一的光学分子成像仿真框架上整合了图形显示与数据分析等功能。给出了整个平台的结构设计、仿真算法、图形显示及其他设计细节,并给出了应用示例来展示MOSE的仿真功能。实验结果表明,相关研究人员通过该平台可快速实现光学成像研究中的实验仿真及数据分析,提高研究效率并降低研究成本。 展开更多

关键词 光学分子影像 光传输 monte carlo 面向对象 仿真平台

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基于蒙特卡罗模拟的无创生化检测最佳探测距离的研究 被引量：3

11

作者 董艳飞 卢启鹏 +1 位作者 丁海泉 高洪智 《光谱学与光谱分析》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2014年第4期942-946,共5页

人体内各种血液生化成分含量的变化是评价健康状况的重要信息。人体皮肤中,血糖、胆固醇等生化成分主要存在于真皮层的血液中,本文通过研究最佳的探测距离,提高真皮层的近红外光谱信号强度,排除表皮层、皮下组织产生的干扰。首先,通过... 人体内各种血液生化成分含量的变化是评价健康状况的重要信息。人体皮肤中,血糖、胆固醇等生化成分主要存在于真皮层的血液中,本文通过研究最佳的探测距离,提高真皮层的近红外光谱信号强度,排除表皮层、皮下组织产生的干扰。首先,通过对人体皮肤的组织结构进行分析,计算得到了皮肤各层的组织光学特性参数,以葡萄精在合频波段吸收峰2 270 nm处的组织光学参数为例建立了皮肤的蒙特卡罗模型;然后,利用蒙特卡罗方法模拟了光在皮肤中的传输规律,得到了平均路径长度、平均探测深度以及各层吸收光子能量比例随入射角度、探测距离的变化情况。结果表明,光子以小于45°角入射时,可以忽略入射角度对光子传输路径的影响。探测距离为1 mm时,真皮层吸收光子能量所占比例最大,同时又能保证探测器接收到较多的能量。本文确定1 mm作为最佳的探测距离,可以有效降低皮肤中其他组织的干扰,获取真皮层中血液的光谱信息,有利于生化成分的近红外无创检测,为后续实验奠定理论基础。 展开更多

关键词 近红外光谱 无创生化检测 蒙特卡罗模拟 最佳探测距离 组织光学

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与散射相函数相关的光源附近微区漫反射 被引量：3

12

作者 廉鸽 罗雯倩 +2 位作者 王汝丹 肖立峰 刘迎 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期168-172,共5页

采用Monte Carlo法研究散射相函数对光源附近微区内的漫反射光的影响,分析一个半经验的漫反射解析模型与相函数相关的光学参量之间的关系.研究表明,来自光源附近微区的散射光对散射相函数的变化非常敏感,敏感程度随收集孔径φ的增大而... 采用Monte Carlo法研究散射相函数对光源附近微区内的漫反射光的影响,分析一个半经验的漫反射解析模型与相函数相关的光学参量之间的关系.研究表明,来自光源附近微区的散射光对散射相函数的变化非常敏感,敏感程度随收集孔径φ的增大而逐渐减弱.当φ>1.8mm时,散射相函数对漫反射率的影响不明显,反射率的相对变化小于1%;当φ<1.8mm时,散射相函数对漫反射率的影响高达15.2%.用各向异性因子g和二阶光学参量γ表征单粒子散射特性时,散射特性的差异反应在三阶参量δ上.漫反射率随δ的增加而减小,并且δ对漫反射率的影响达到9%. 展开更多

关键词 组织光学 光传输理论 散射相函数 高阶光学参量 monte carlo模拟

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漫射近似在测量生物组织光学性质中的适用范围 被引量：2

13

作者 李剑平 陈冰泉 《应用光学》 CAS CSCD 2005年第1期20-24,共5页

漫射近似理论经常被用来作为测量生物组织光学特性参数实验和方法的理论基础 ,但是漫射近似理论只是一种对辐射传输理论的近似结果 ,在一定条件下有其特定的适用范围。为了确定漫射近似理论在活体非侵入式无损测量要求下的适用范围 ,本... 漫射近似理论经常被用来作为测量生物组织光学特性参数实验和方法的理论基础 ,但是漫射近似理论只是一种对辐射传输理论的近似结果 ,在一定条件下有其特定的适用范围。为了确定漫射近似理论在活体非侵入式无损测量要求下的适用范围 ,本文采用 Monte Carlo模拟校验的方法 ,对漫射近似理论和 Monte Carlo模拟计算的结果进行了比较 ,给出了基于单散射反照率 a和各向异性因子 g的漫射近似理论适用范围数值标准。 展开更多

关键词 漫射近似 monte carlo模拟 生物组织

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近红外光在皮肤组织中的传播和光纤探测结构设计 被引量：8

14

作者 高静 韩光 卢启鹏 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期149-155,共7页

为了研究近红外光在皮肤组织中的传播,建立了人体皮肤组织模型,包括不同入射波长下表皮、真皮、皮下组织的吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子.结合皮肤组织的光学性质,采用蒙特卡罗方法分析了1 000~1 900nm范围内,光源-探测距... 为了研究近红外光在皮肤组织中的传播,建立了人体皮肤组织模型,包括不同入射波长下表皮、真皮、皮下组织的吸收系数、散射系数、折射率和各向异性因子.结合皮肤组织的光学性质,采用蒙特卡罗方法分析了1 000~1 900nm范围内,光源-探测距离不同时近红外光在皮肤组织中的传播过程和分布特点.结果表明:光子运动路径长度和穿透深度均随光源-探测距离的增加而变大,而漫反射归一化能量随光源-探测距离的增加而变小.选取光源-探测距离为0.45mm,当入射波长为1 550nm时,光子运动路径长度为1.806mm,穿透深度为0.467mm,漫反射光归一化能量为0.001 85.根据蒙特卡罗模拟结果,分析和设计了一种光纤探测结构,这种分叉光纤束由18根光源光纤和4根探测光纤构成,每根光纤间距均为0.45mm并且刚好紧凑相邻.最后,仿真计算了光纤收集到的漫反射光能量及照度分布.假设入射光功率为1 W,则探测器接收的漫反射光功率为0.598mW,这为便携式检测光谱仪器的设计提供了参考. 展开更多

关键词 光传播 光纤探测 蒙特卡罗模拟 皮肤组织 近红外光谱技术 光学性质 血糖检测 模型建立

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利用光源附近微区漫反射测量组织微观结构参数γ的方法 被引量：2

15

作者 王兴 李文艳 +1 位作者 乔艳青 刘迎 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期247-254,共8页

提出一种利用光纤探头测量组织微观结构参数γ的方法.根据Intralipid组织模拟液球状分形结构,采用蒙特卡罗模拟方法得到光子经Intralipid漫反射的数据样本,通过对数据进行非线性拟合,建立漫反射率与γ的函数关系.研究发现漫反射率与无... 提出一种利用光纤探头测量组织微观结构参数γ的方法.根据Intralipid组织模拟液球状分形结构,采用蒙特卡罗模拟方法得到光子经Intralipid漫反射的数据样本,通过对数据进行非线性拟合,建立漫反射率与γ的函数关系.研究发现漫反射率与无量纲的约化散射系数μ_s′ф(ф是散射光的收集孔径)呈线性关系,其斜率是γ的二次函数.实验中以Intralipid为样本得到了不同μ_s′ф下的漫反射率,验证了漫反射率与μ_s′ф的线性关系,并利用其斜率获得了Intralipid的γ值为2.04,分形维数为2.93,各向异性因子为0.816,与文献报道相符,验证了该方法的可行性. 展开更多

关键词 组织光学 漫反射模型 蒙特卡罗模拟 高阶光学参量 分形结构模型

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用人工神经网络方法测量生物组织光学参数γ 被引量：2

16

作者 朱秋生 刘迎 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第8期89-96,共8页

提出了一种利用亚扩散空间分辨漫反射预测生物组织约化散射系数μs’和相函数参量γ的人工神经网络方法.采用蒙特卡罗方法得到光子经生物组织漫反射的数据样本,利用这些数据样本训练反向传播神经网络,用于从亚扩散散射光中预测γ的信息... 提出了一种利用亚扩散空间分辨漫反射预测生物组织约化散射系数μs’和相函数参量γ的人工神经网络方法.采用蒙特卡罗方法得到光子经生物组织漫反射的数据样本,利用这些数据样本训练反向传播神经网络,用于从亚扩散散射光中预测γ的信息.为了解决同时预测μs’和γ两个参数时会产生较大误差的问题,分段数据训练两个BP网络,依次识别μs’和γ.研究发现3.64lth(lth表示平均输运自由程)是对γ的不敏感点,可用该点附近的数据样本训练网络用于预测μs’,用2lth范围内的数据样本训练网络用于预测γ.蒙特卡罗仿真结果表明,在1.3≤γ≤1.9范围内,预测结果与真实值的相对均方根误差在1%以内.与现有的测量方法相比,所提的人工神经网络方法更加简单,且提高了预测精度. 展开更多

关键词 组织光学 亚扩散散射 蒙特卡罗仿真 高阶光学参量 人工神经网络

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无限介质中近场辐射率的P5近似

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作者 刘玲玲 李晨曦 +5 位作者 万文博 蒋景英 贾梦宇 张丽敏 高峰 赵会娟 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期98-105,共8页

针对辐射率的漫射近似、P3近似等正向模型在描述小源探距离及低约化反照率介质下光子传输时存在的局限性,推导了用于小源探距离低反照率无限媒质中各向同性稳态点光源下辐射传输方程在P5近似下的解析解,并将P3近似、P5近似计算的辐射率... 针对辐射率的漫射近似、P3近似等正向模型在描述小源探距离及低约化反照率介质下光子传输时存在的局限性,推导了用于小源探距离低反照率无限媒质中各向同性稳态点光源下辐射传输方程在P5近似下的解析解,并将P3近似、P5近似计算的辐射率分别和蒙特卡洛模拟结果进行对比.结果表明:在高约化反照率(0.97)条件下,P5近似和蒙特卡洛模拟结果的最大相对误差为13.17%,而P3为41.57%.在低约化反照率(0.69)条件下,最大相对误差分别为27.78%,286.70%.在其他光学参数下,P5近似与蒙特卡洛模拟的最大相对误差均小于P3.在P5适用的范围内舍弃最大特征根相关项,可以简化解析表达式,提高计算速度,且对P5的计算结果影响甚微.稳态辐射率测量系统仿体验证表明,在高、低约化反照率介质中的小源探距离下,由P5近似计算得到的辐射率和实验测量结果相符. 展开更多

关键词 组织光学 辐射率 辐射传输方程 勒让德多项式 P5近似 蒙特卡洛模拟 正向模型

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TEPC壁对重离子束微剂量学测量及相对生物学效应计算的影响

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作者 戴天缘 刘新国 +6 位作者 戴中颖 贺鹏博 马圆圆 申国盛 张晖 陈卫强 李强 《原子能科学技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第6期1127-1134,共8页

组织等效正比计数器(TEPC)广泛应用于重离子束微剂量学测量,提供用于计算相对生物学效应(RBE)的基础数据。为研究TEPC壁对重离子束微剂量学测量及RBE计算的影响,在蒙特卡罗(MC)模拟中引入理想组织等效正比计数器(Ideal-TEPC),精确计算... 组织等效正比计数器(TEPC)广泛应用于重离子束微剂量学测量,提供用于计算相对生物学效应(RBE)的基础数据。为研究TEPC壁对重离子束微剂量学测量及RBE计算的影响,在蒙特卡罗(MC)模拟中引入理想组织等效正比计数器(Ideal-TEPC),精确计算得到碳离子束不同水等效深度处的微剂量学量及RBE。Ideal-TEPC和常规TEPC的计算结果表明:TEPC壁会使碳离子束产生较大的辐射场畸变,且会使TEPC测量结果及RBE计算结果产生较大偏差,该偏差随贯穿深度的增加而增大。将TEPC壁视为具有固定水等效厚度的水层可在数值上抵消TEPC壁对RBE计算的影响,但在展宽Bragg峰(SOBP)后端会产生过修正现象。Ideal-TEPC结合MC模拟能有效避免TEPC壁效应及TEPC壁引起的辐射场畸变对重离子束微剂量学量和RBE计算的影响。 展开更多

关键词 组织等效正比计数器 微剂量学 相对生物学效应 重离子 蒙特卡罗模拟

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