使用MATLAB的生物医学光学成像蒙特卡洛模拟系统

资 源 简 介

本项目开发了一个基于MATLAB的生物医学光学成像模拟平台，利用蒙特卡洛方法模拟光线在多级生物组织中的散射、吸收和传播，提供光学参数自动计算和分析功能，支持光成像技术的研究与应用。

详 情 说 明

基于蒙特卡洛模拟的生物医学光学成像特征分析系统

项目介绍

本项目实现了一个面向生物医学光学成像的蒙特卡洛粒子传输模拟平台，提供生物组织中光线传播分布的建模与分析功能。系统基于先进的蒙特卡洛光子传输算法，能够精确模拟光线在多层生物组织中的散射、吸收和传播特性。通过集成多种常用光学参数的自动计算功能，为光成像实验及设备设计提供可靠的定量分析依据。

该系统支持用户自定义组织参数与光源特性，通过大规模光子跟踪模拟，输出高精度的光学能量分布结果，广泛应用于生物医学光学成像研究、治疗方案优化和光学设备性能评估等领域。

功能特性

• 精确的蒙特卡洛模拟：采用先进的光子传输算法，模拟光子在生物组织中的随机游走过程
• 多层组织模型支持：可定义具有不同光学特性的多层生物组织结构
• 灵活的参数配置：支持光源参数、组织特性和模拟配置的全面自定义
• 丰富的可视化输出：提供2D/3D光子路径分布图，直观展示光能传播特性
• 自动光学参数计算：集成反射率、透射率、能量沉积分布等关键参数的自动提取
• 高精度分析结果：基于大量光子模拟统计，提供可靠的光学特征分析数据

使用方法

快速开始

1. 配置系统运行环境，确保满足所有依赖要求
2. 设置模拟参数：

- 光源参数：波长、入射角度、光斑尺寸 - 组织特性：各层厚度、折射率、吸收系数、散射系数、各向异性因子 - 模拟配置：光子数、空间分辨率、最大模拟时间/步长

1. 运行主程序启动模拟计算
2. 查看输出结果：

- 光子路径分布图（2D/3D可视化） - 光学参数数据表 - 特征计算结果统计

参数调整

用户可根据具体研究需求调整各类参数，系统支持参数文件的导入导出，便于不同实验条件的对比分析。

系统要求

硬件环境

• 内存：建议8GB以上，处理大规模模拟时需16GB以上
• 处理器：多核心CPU可显著提高计算效率
• 存储空间：至少1GB可用空间用于数据存储

软件环境

• 操作系统：Windows 10/11，Linux发行版，macOS
• 必要运行库：确保安装相应版本的数值计算和图形显示支持组件
• 推荐配置：具备图形处理能力以支持3D可视化功能

文件说明

主程序文件整合了系统的核心功能模块，实现了光子传输模拟的全流程控制。其主要能力包括：初始化模拟环境与参数设置，执行蒙特卡洛光子跟踪算法，管理光子在多层组织中的散射与吸收过程，收集光子轨迹数据并进行统计分析，计算关键光学特征参数，生成可视化结果和数据分析报告。该文件作为系统的调度中心，协调各功能模块协同工作，确保模拟过程的准确性和效率。