激光与皮肤相互作用能量分布的蒙特卡罗模拟

发布时间：2020-05-26 22:12

【摘要】： 鲜红斑痣是一种毛细血管畸形扩张的血管性疾病,好发于暴露部位,病理表现为真皮深层出现群集扩张的毛细血管,激光对鲜红斑痣皮肤具有明显的漂白作用,但临床上激光疗法也面临了一些问题,通常难以经过一次治疗使病损皮肤完全褪色,需要长时间间隔的多次治疗;而且在鲜红斑痣的临床治疗当中,伴随着很多副作用,如表皮热坏死,瘢痕等;其次多数病损位置最终的治疗效果都不能获得完全漂白;因而鲜红斑痣始终是一种难以根治的血管性皮肤疾病。随着生活水平的提高,人们对鲜红斑痣疗效的要求日益提高,因此,寻求彻底有效的治疗方法是激光医学面临的巨大挑战。根据选择性光热作用原理,适当波长的脉冲辐射可以引起有色组织,细胞,或者细胞器的选择性破坏,目标组织在激光照射下获得的能量沉积对组织是否能被选择性破坏起关键性的作用,因而本文从建立激光与鲜红斑痣皮肤的相互作用数学模型入手,采用蒙特卡罗计算方法,建立了改进的包含分立血管模型的皮肤组织模型。通过计算机产生的伪随机数为构造的变量进行随机取值,在笛卡尔坐标系中跟踪光子被组织吸收的位置并计算光子被组织吸收的距离,通过动态的球坐标系统对光子的散射方向进行取样,并采用动态辅助坐标系统计算血管与真皮界面上的反射与折射事件,探讨了不同波长辐照下柱形血管截面上能量密度的分布规律以及各层组织吸收率。模拟结果表明单波长激光辐照组织血管模型时,在靠近光源的血管部位获得最大的能量沉积密度,并随着在组织内深度的增加而急剧减小。532nm,577nm以及585nm激光照射时,组织模型的血管截面上,血管中心处能量沉积密度的半值宽度距离约为10-17μm,最大能量峰值减小到1/e时的跨度约为13-26μm,血管中心能量分布的变化梯度与血液在该波长上的吸收系数保持一致;在血管截面轮廓上能量密度的半值宽度距离约为34-43μm,595nm在血管截面上产生的最大能量沉积密度小与其他三个波长,在血管截面上的衰减速率较小,能量半值距离与1/e的等效光学长度约为76μm与96μm。模拟结果还表明当以血管截面上的能量沉积密度为高度时,血管截面上能量分布曲面是一个由不同衰减指数的指数曲线所组成的中心凹陷曲面,而且随着血液对波长吸收的减小,该曲面的底部逐渐变得平坦,595nm时,血管截面上的能量分布趋近于斜面。蒙特卡罗方法用于以血管模型为主要研究对象的组织能量分布,可以获得血管目标上的能量分布细节,改变血管模型的直径以及在组织的深度,可以模拟不同结构特征鲜红斑痣皮肤组织中的能量分布,了解激光在组织中能量分布特征,具有较强的适应性。
【图文】：

几何模型

方法计算光子在皮肤模型中的分布，程序代码在Matlab的基础是基于一个或多个随机变量的组合所确定的与某一个统计模型。本文中采用的算法基于U一Hongwang等拟方法[35l，并作了进一步的改进以适应新的组织模型。疗中常用的激光光源有514lun，532nm，577nln，585nln，5952nm为例，实际光源为直径约3mm的圆形光斑。治疗中的阐值温度，才能达到锁闭畸形血管的目的，否则会由于，因而模拟中以血管截面的能量分布为主要研究对象，光源模型，并简化为沿血管纵向分割的能量密度均匀且线管纵向进行分割形成不同线度的线状光源，将各线状光积分就可以得到接近实际的光源模型的模拟结果。型与坐标系

示意图,真皮,血管,坐标系

图3.2.血管与真皮界面辅助坐标系示意图Referencefr田叮eofinte过acebetweendermisandv过真皮与血管模型边界时，光子可能被皮模型的界面为柱面，入射角不仅与光形圆周上的入射点有关，因而在计算光坐标系统，该坐标系统以光子在柱面的，见图3.2。在计算过程中，先将光子在计算出入射角，，再根据斯涅尔定律计算动方向，然后反向变换回到笛卡尔坐标作用过程的模拟踪光子在皮肤模型中的相互作用位置以;基于对具有某种几率分布的变量进行内的分布的几率密度函数为p(?)。该随机
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：R758.51;R318.51

【参考文献】