蒙特卡罗方法在生物组织光传播模拟中的应用及优化
摘要
蒙特卡罗（MC）法在生物组织光传播模拟中被广泛应用。传统的基于结构化网格的蒙特卡罗（VMC）法计算速度快，但在处理复杂曲面界面时存在较大误差。然而，基于非结构化四面体网格的蒙特卡罗（TMC）法则对复杂曲面的适应性较好，但计算成本较高。分析了VMC与TMC两种蒙特卡罗方法在不同条件下的适用性及误差情况。计算结果显示：当曲面界面两侧折射率差异较小时，VMC的计算结果与TMC接近；但当曲面界面两侧折射率差异较大时，VMC的计算误差会显著增加。为解决这一问题，提出了一种基于坐标变换的修正方法，对VMC的计算结果进行优化。修正结果显示，经过坐标变换后，VMC的误差显著降低，尤其是在光子穿越复杂界面时，其计算结果与TMC趋于一致，最大误差可从51.3%降低至3.9%。此外，通过糖尿病视网膜病变激光治疗的实际案例验证了该方法在复杂光学场景中的有效性。实验结果表明，修正后的VMC不仅显著减少了伪影，还在计算效率和精度之间取得了良好的平衡，为激光治疗和光学诊断提供了可靠的模拟方法。
引用本文（GB/T 7714）
张浩 Zhang Hao, 刘轶锋 Liu Yifeng, 吴文娟 Wu Wenjuan, 等. 蒙特卡罗方法在生物组织光传播模拟中的应用及优化[J]. Chinese Journal of Lasers, 2025.
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