一种解耦合荧光蒙特卡罗模型的建立方法技术

本发明专利技术涉及一种解耦合荧光蒙特卡罗模型的建立方法，包括：构建发射密度积分方程用于描述激发光在生物组织中的传输和荧光激发并传输的过程；通过荧光激发和荧光传播过程中的核函数变换，解耦合出荧光激发和传播过程的光学参数与路径概率密度函数的关联，使抽样的荧光光子路径与激发光光子路径一致，同时使荧光光子的权重函数与荧光激发和传播过程的光学参数相关联；从而沿着激发光光子路径，根据荧光权重函数直接计算荧光光子的权重。本发明专利技术建立的模型具有精度高、可适用于任意浑浊介质任意荧光分布的特点，在荧光成像、荧光光谱测量与分析方面有及其广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种解耦合荧光蒙特卡罗模型的建立方法
本专利技术涉及数学仿真和生物医学工程领域，具体涉及一种解耦合荧光蒙特卡罗模型的建立方法。
技术介绍
荧光成像技术和荧光光谱测量在生物医学领域中占据重要地位，其广泛应用于癌症诊断，药物研发以及基因表达可视化的研究。随着荧光探针技术长足的发展，荧光成像技术开始应用于小动物模型内部特异生物大分子活动规律的在体跟踪和测量。在外部激发光源的作用下，生物组织内部荧光团吸收一定波长的光而发出荧光，所探测到的荧光光谱可以反映分子的功能信息。近年来，荧光分子断层成像技术得到了广泛的关注。为了提高荧光分子断层成像的计算效率，许多研究小组均聚焦于荧光蒙特卡罗法加速。Liebert提出了运用于层状浑浊介质中，高效的时间分辨荧光蒙特卡罗方法[1]。在这种方法中，通过保存大量光子路径信息，建立了透射光子权重与组织光学参数的解析关系。JinChen提出了一种基于计算时间门控荧光雅克比矩阵的高效荧光蒙特卡罗方法[2]。从激发源到探测器的背景权重矩阵可由光子路径和荧光吸收系数计算得出。AnandT.N.Kumar提出了一种基于保存光子路径信息的吸收微扰蒙特卡罗方法，适用于时间分辨本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种解耦合荧光蒙特卡罗模型的建立方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：构建粒子输运方程描述稳态下光子在生物组织中的传输过程；步骤2：构建输运方程等价的发射密度积分方程描述激发光光子在生物组织中传输的过程和激发光光子被吸收并激发出荧光光子，荧光光子在生物组织中继续传输的过程；步骤3：将积分方程的诺伊曼级数解中荧光激发过程和荧光传播过程中的核函数均用激发光传播过程的核函数表示，从而解耦合出荧光激发和传播过程的光学参数与路径概率密度函数的关联；步骤4：投放激发光光子，追踪光子在生物组织中的传输，利用激发光散射系数抽样，沿着激发光路径，计算探测器上的荧光强度。

【技术特征摘要】
2014.11.14 CN 20141065049901.一种解耦合荧光蒙特卡罗模型的建立方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：构建粒子输运方程描述稳态下光子在生物组织中的传输过程；步骤2：构建输运方程等价的发射密度积分方程描述激发光光子在生物组织中传输的过程和激发光光子被吸收并激发出荧光光子，荧光光子在生物组织中继续传输的过程；步骤3：将积分方程的诺伊曼级数解中荧光激发过程和荧光传播过程中的核函数均用激发光传播过程的核函数表示，从而解耦合出荧光激发和传播过程的光学参数与路径概率密度函数的关联；(1)荧光激发过程的核函数用激发光传播过程的核函数表示为：(2)荧光传播过程的核函数用激发光传播过程的核函数表示为：其中p为光子传输状态，p'为p之后的一个光子传输状态；μaf为荧光团的吸收系数；为从处发出的光子，在处进入碰撞的密度；为光子当前状态的位置；为光子当前状态的下一个状态的位置，为光子在处的光子方向，为光子在处的光子方向；为激发光的散射系数，为激发光的吸收系数，l为光子每步的步长；为激发光的消光系数；η为量子效率；为各向同性相位函数，为各向异性相位函数；为荧光的消光系数；为荧光的散射系数，为荧光吸收系数；步骤4：投放激发光光子，追踪光子在生物组织中的传输，利用激发光散射系数抽样，沿着激发光路径，计算探测器上的荧光强度。2.根据权利要求1所述的解耦合荧光蒙特卡罗模型的建立方法，其特征在于步骤1中稳态下光子在生物组织中的传输过程描述为：为光子当前状态的方向；为光子当前状态的下一个状态的方向；为光子当前状态的位置；v为光子当前状态的频率；dΩ'为光子当前状态的下一个状态的立体角元；为在t时刻内，在点附近单位频率间隔和单位立体角元内，方向在附近的光子数；为在t时刻内，由外源发出在点附近单位频率间隔和单位立体角元内，...

【专利技术属性】
技术研发人员：骆清铭，邓勇，罗召洋，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42