静脉腔内激光治疗的蒙特卡罗模拟

肖郑颖

doi:doi:10.3788/LOP55.021701

激光与光电子学进展, 2018, 55 (2): 021701, 网络出版: 2018-09-10

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Monte Carlo Simulation of Endovenous Laser Treatment

肖郑颖 ^*

作者单位

莆田学院工程实训中心, 福建莆田 351100

图 & 表

图 1. 移动球坐标系示意图

Fig. 1. Moving diagram of spherical coordinate

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图 2. (a)静脉血管及其周围组织的三维模型;(b) 360°辐射式光源

Fig. 2. (a) 3D model of vein and perivenous tissues; (b) 360° radial light source

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图 3. 静脉血管简化模型。(a) xz平面(y=0);(b) yz平面(x=0)

Fig. 3. Simplified model of vein. (a) xz plane(y=0); (b) yz plane(x=0)

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图 4. 不同波长下xz平面(y=0)的光分布。(a) 810 nm;(b) 940 nm;(c) 980 nm;(d) 1320 nm;(e) 1500 nm

Fig. 4. Light distributions of xz plane (y=0) at different wavelengths. (a) 810 nm; (b) 940 nm; (c) 980 nm; (d) 1320 nm; (e) 1500 nm

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图 5. 不同波长时纵向光能流率分布

Fig. 5. Longitudinal distribution of fluence with different wavelengths

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图 6. 不同波长、血管直径时xz平面(y=0)上的光分布。(a) 1500 nm,0.6d1,0.6d2;(b) 1500 nm,1.2d1,1.2d2;(c) 1500 nm,1.8d1,1.8d2;(d) 1500 nm,2.4d1,2.4d2;(e) 1320 nm,0.6d1,0.6d2;(f) 1320 nm,1.2d1,1.2d2;(g) 1320 nm,1.8d1,1.8d2;(h) 1320 nm,2.4d1,2.4d2

Fig. 6. Light distribution of xz plane (y=0) with different wavelengths and vessel diameters. (a) 1500 nm, 0.6d1,0.6d2; (b) 1500 nm, 1.2d1, 1.2d2; (c) 1500 nm, 1.8d1, 1.8d2; (d) 1500 nm, 2.4d1, 2.4d2; (e) 1320 nm,0.6d1, 0.6d2; (f) 1320 nm, 1.2d1, 1.2d2; (g) 1320 nm, 1.8d1, 1.8d2; (h) 1320 nm, 2.4d1, 2.4d2

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图 7. 不同波长、血管直径时的纵向光能流率分布。(a) 1500 nm;(b) 1320 nm

Fig. 7. Longitudinal distribution of fluence with different wavelengths and vessel diameters. (a) 1500 nm; (b) 1320 nm

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图 8. 不同光源位置下xz平面(y=0)的光分布。(a) (0,0,0.30);(b) (0,0,0.28);(c) (0,0,0.26);(d) (0,0,0.24);(e) (0,0,0.22);(f) (0,0,0.20)

Fig. 8. Light distributions of xz plane (y=0) at different light source positions. (a) (0,0,0.30); (b) (0,0,0.28);(c) (0,0,0.26); (d) (0,0,0.24); (e) (0,0,0.22); (f) (0,0,0.20)

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图 9. (a)不同光源位置的纵向光能流率分布;(b) Vuylsteke等[25]研制的导管

Fig. 9. (a) Longitudinal distribution of fluence at different light source positions; (b) catheter developed by Vuylsteke et al[25]

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图 10. 不同光学特性参数血液在xz平面(y=0)的光分布。(a)血液1;(b)血液2;(c)血液3

Fig. 10. Light distributions of xz plane (y=0) for different optical parameters of blood. (a) Blood 1; (b) blood 2; (c) blood 3

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图 11. 不同光学特性参数血液的纵向光能流率分布

Fig. 11. Longitudinal distribution of fluence of different optical parameters of blood

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表 1光子权重、位置、方向余弦的变化情况

Table1. Change of photon weight, position, and directional cosines

Photon state	Photon weight	Position	Directional cosine
Current	ω	(x,y,z)	(μ_x,μ_y,μ_z)
After steps=- $\begin{matrix} \frac{lnξ}{μ_{a} + μ_{s}} \end{matrix}$	$\begin{matrix} \begin{matrix} ω' = ω - \\ ω μ_{a} / (μ_{a} + μ_{s}) \end{matrix} \end{matrix}$	x'=x+μ_xs,y'=y+μ_ys,z'=z+μ_zs	μ'_x=sinθ(μ_xμ_zcosφ-μ_ysinφ)/ $\begin{matrix} (1 - μ_{z}^{2})^{\frac{1}{2}} \end{matrix}$ +μ_xcosθ,μ'_y=sinθ(μ_yμ_zcosφ-μ_xsinφ)/ $\begin{matrix} (1 - μ_{z}^{2})^{\frac{1}{2}} \end{matrix}$ +μ_ycosθ,μ'_z=-sinθcosφ $\begin{matrix} (1 - μ_{z}^{2})^{\frac{1}{2}} \end{matrix}$ +μ_zcosθ

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表 2血液、血管壁、静脉周围组织的光学特性参数

Table2. Optical parameters of blood, vessel wall, and perivenous tissues

Wavelength /nm	Blood		Vessel wall		Perivenous tissue
Wavelength /nm	μ_a /cm^-1	μ_s /cm^-1	μ_a /cm^-1	μ_s /cm^-1	μ_a /cm^-1	μ_s /cm^-1
810	1.6	73	2.0	240	0.17	120
940	2.5	64	1.2	213	0.27	110
980	2.8	60	1.0	200	0.30	100
1320	3.8	54	3.0	180	0.45	90
1500	30.0	52	24.0	170	3.50	84

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肖郑颖. 静脉腔内激光治疗的蒙特卡罗模拟[J]. 激光与光电子学进展, 2018, 55(2): 021701. Zhengying Xiao. Monte Carlo Simulation of Endovenous Laser Treatment[J]. Laser & Optoelectronics Progress, 2018, 55(2): 021701.

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图 1. 移动球坐标系示意图

Fig. 1. Moving diagram of spherical coordinate

图 2. (a)静脉血管及其周围组织的三维模型;(b) 360°辐射式光源

Fig. 2. (a) 3D model of vein and perivenous tissues; (b) 360° radial light source

图 3. 静脉血管简化模型。(a) xz平面(y=0);(b) yz平面(x=0)

Fig. 3. Simplified model of vein. (a) xz plane(y=0); (b) yz plane(x=0)

图 4. 不同波长下xz平面(y=0)的光分布。(a) 810 nm;(b) 940 nm;(c) 980 nm;(d) 1320 nm;(e) 1500 nm

Fig. 4. Light distributions of xz plane (y=0) at different wavelengths. (a) 810 nm; (b) 940 nm; (c) 980 nm; (d) 1320 nm; (e) 1500 nm

图 5. 不同波长时纵向光能流率分布

Fig. 5. Longitudinal distribution of fluence with different wavelengths

图 6. 不同波长、血管直径时xz平面(y=0)上的光分布。(a) 1500 nm,0.6d1,0.6d2;(b) 1500 nm,1.2d1,1.2d2;(c) 1500 nm,1.8d1,1.8d2;(d) 1500 nm,2.4d1,2.4d2;(e) 1320 nm,0.6d1,0.6d2;(f) 1320 nm,1.2d1,1.2d2;(g) 1320 nm,1.8d1,1.8d2;(h) 1320 nm,2.4d1,2.4d2

图 7. 不同波长、血管直径时的纵向光能流率分布。(a) 1500 nm;(b) 1320 nm

Fig. 7. Longitudinal distribution of fluence with different wavelengths and vessel diameters. (a) 1500 nm; (b) 1320 nm

图 8. 不同光源位置下xz平面(y=0)的光分布。(a) (0,0,0.30);(b) (0,0,0.28);(c) (0,0,0.26);(d) (0,0,0.24);(e) (0,0,0.22);(f) (0,0,0.20)

Fig. 8. Light distributions of xz plane (y=0) at different light source positions. (a) (0,0,0.30); (b) (0,0,0.28);(c) (0,0,0.26); (d) (0,0,0.24); (e) (0,0,0.22); (f) (0,0,0.20)

图 9. (a)不同光源位置的纵向光能流率分布;(b) Vuylsteke等[25]研制的导管

Fig. 9. (a) Longitudinal distribution of fluence at different light source positions; (b) catheter developed by Vuylsteke et al[25]

图 10. 不同光学特性参数血液在xz平面(y=0)的光分布。(a)血液1;(b)血液2;(c)血液3

Fig. 10. Light distributions of xz plane (y=0) for different optical parameters of blood. (a) Blood 1; (b) blood 2; (c) blood 3

图 11. 不同光学特性参数血液的纵向光能流率分布

Fig. 11. Longitudinal distribution of fluence of different optical parameters of blood

表 1光子权重、位置、方向余弦的变化情况

Table1. Change of photon weight, position, and directional cosines

表 2血液、血管壁、静脉周围组织的光学特性参数

Table2. Optical parameters of blood, vessel wall, and perivenous tissues

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图 1. 移动球坐标系示意图

Fig. 1. Moving diagram of spherical coordinate

图 2. (a)静脉血管及其周围组织的三维模型;(b) 360°辐射式光源

Fig. 2. (a) 3D model of vein and perivenous tissues; (b) 360° radial light source

图 3. 静脉血管简化模型。(a) xz平面(y=0);(b) yz平面(x=0)

Fig. 3. Simplified model of vein. (a) xz plane(y=0); (b) yz plane(x=0)

图 4. 不同波长下xz平面(y=0)的光分布。(a) 810 nm;(b) 940 nm;(c) 980 nm;(d) 1320 nm;(e) 1500 nm

Fig. 4. Light distributions of xz plane (y=0) at different wavelengths. (a) 810 nm; (b) 940 nm; (c) 980 nm; (d) 1320 nm; (e) 1500 nm

图 5. 不同波长时纵向光能流率分布

Fig. 5. Longitudinal distribution of fluence with different wavelengths

图 6. 不同波长、血管直径时xz平面(y=0)上的光分布。(a) 1500 nm,0.6d1,0.6d2;(b) 1500 nm,1.2d1,1.2d2;(c) 1500 nm,1.8d1,1.8d2;(d) 1500 nm,2.4d1,2.4d2;(e) 1320 nm,0.6d1,0.6d2;(f) 1320 nm,1.2d1,1.2d2;(g) 1320 nm,1.8d1,1.8d2;(h) 1320 nm,2.4d1,2.4d2

图 7. 不同波长、血管直径时的纵向光能流率分布。(a) 1500 nm;(b) 1320 nm

Fig. 7. Longitudinal distribution of fluence with different wavelengths and vessel diameters. (a) 1500 nm; (b) 1320 nm

图 8. 不同光源位置下xz平面(y=0)的光分布。(a) (0,0,0.30);(b) (0,0,0.28);(c) (0,0,0.26);(d) (0,0,0.24);(e) (0,0,0.22);(f) (0,0,0.20)

Fig. 8. Light distributions of xz plane (y=0) at different light source positions. (a) (0,0,0.30); (b) (0,0,0.28);(c) (0,0,0.26); (d) (0,0,0.24); (e) (0,0,0.22); (f) (0,0,0.20)

图 9. (a)不同光源位置的纵向光能流率分布;(b) Vuylsteke等[25]研制的导管

Fig. 9. (a) Longitudinal distribution of fluence at different light source positions; (b) catheter developed by Vuylsteke et al[25]

图 10. 不同光学特性参数血液在xz平面(y=0)的光分布。(a)血液1;(b)血液2;(c)血液3

Fig. 10. Light distributions of xz plane (y=0) for different optical parameters of blood. (a) Blood 1; (b) blood 2; (c) blood 3

图 11. 不同光学特性参数血液的纵向光能流率分布

Fig. 11. Longitudinal distribution of fluence of different optical parameters of blood

表 1光子权重、位置、方向余弦的变化情况

Table1. Change of photon weight, position, and directional cosines

表 2血液、血管壁、静脉周围组织的光学特性参数

Table2. Optical parameters of blood, vessel wall, and perivenous tissues

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