Simulation of photon migration process in the biological environment
DOI:
https://doi.org/10.31649/1681-7893-2023-46-2-105-116Keywords:
optical measurements, Monte Carlo method, optically anisotropic biotissues, medical diagnosticsAbstract
The article developed an improved simulation model of the propagation of photons in scattering biotissue based on the Monte Carlo method, which allows comprehensive consideration of all the main optical processes that occur during the propagation of optical radiation through BT. On the basis of the developed statistical model, simulation modeling of photon propagation processes in the skin and its separate layers was carried out, which allowed to establish the scattering and transmission characteristics for each of the skin layers with model parameters taking into account the angles of incidence of radiation in the visible and near-IR ranges, the thickness of the skin layers. Also, the simulation made it possible to determine the relative intensity of scattered photons depending on localization.
References
Born M. Principles of Optics: Electromagnetic Theory of Propagation, Interference and Diffraction of Light / M. Born, E. Wolf // 6th edn. (corrected). – Pergamon Press, 1986. – Р. 45-113.
Wang X. Polarized light propagation through scattering media: time-resolved Monte Carlo simulations and experiments / X. Wang // Journal of biomedical optics. – 2003. – Т. 8. – №. 4. – С. 608-617.
Wang L. MCML – Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues / L. Wang, L. J. Steven, Z. Ligiong // Computer methods and programs in biomedicine. – № 47, 1995. – Р 131–145.
Van de Hulst H. C. Multiple light scattering: tables, formulas, and applications / H. C. Van de Hulst // Elsevier, reprinted 2012. – Т. 1. 332 p.
Prahl S. A. A Monte Carlo model of light propagation in tissue / S. A. Prahl, M. Keijzer, S. L. Jacques, A. J. Welch // Dosim. Laser Radiat. Med. Biol. – 1989. – vol. 5. – P. 102-11.
Anisotropy of light propagation in human skin / S. Nickell, M. Hermann, M. Essenpreis, T. J. Farrell, U. Krämer, M. S. Patterson// Physics in medicine and biology. – 2000. – Т. 45. – №. 10. – С. 2873.
Ghosh N. Measurement of optical transport properties of normal and malignant human breast tissue / N. Ghosh //Applied Optics. – 2001. – Т. 40. – №. 1. – С. 176-4.
Ghosh N. Depolarization of light in a multiply scattering medium: effect of the refractive index of a scatterer / N. Ghosh // Physical Review E. – 2004. – Т. 70. – №. 6. – С. 066607.
Zhang R. Determination of human skin optical properties from spectrophotometric measurements based on optimization by genetic algorithms / R. Zhang //Journal of biomedical optics. – 2005. – Т. 10. – №. 2. – С. 024030-02403011.
Anderson R. Polarized light examination and photography of the skin / R. R. Anderson. // Archives of dermatology. – 1991. – №127. – С. 1000–1005.
S. N. Savenkov, V. V. Marienko. Classification and recognition method of objects based on their anisotropy properties, SPIE Proc. — 1995. — N. 2490. — P. 103—107.
Jacques S. Imaging skin pathology with polarized light. / S. Jacques, J. Ramella-Roman, K. Lee. // Journal of Biomedical Optics. – 2002. – №7. – С. 329–340.
Gil J. J. Characteristic properties of Mueller matrices / J. J. Gil // JOSA A. – 2000. – Т. 17. – №. 2. – С. 328-334.
Kostinski A. B. Constraints on Mueller matrices of polarization optics / A. B. Kostinski, C. R. Givens, J. M. Kwiatkowski // Appl. Optics. — 1993. — №9. — Р. 1646—1651.
R. U. Rovira, S. V. Pavlov, Monte Carlo simulation for studying the propagation of polarized light in biological tissue / Optical-electronic information and energy technologies. – 2014. – No. 2 (28). – pp. 56-61. – ISSN 1681-7893.
Wójcik, W., Pavlov, S., Kalimoldayev, M. (2019). Information Technology in Medical Diagnostics II. London: Taylor & Francis Group, CRC Press, Balkema book. – 336 Pages, https://doi.org/10.1201/ 9780429057618. eBook ISBN 9780429057618.
Rovira R. H. Particular Aspects of the Use of Videopolarimetric Technology for Dermatological Study, Measuring and computing equipment in technological processes. – 2014. – №. 3 (48). – P. 115-119. – ISSN 2219-9365.
S. V. Pavlov, T. I. Koslovskaya, R. H. Rovira. Design and Automation of a Videopolarimetry System for the analyzing of the Polarization Properties of a Biological Sample, Measuring and computing equipment in technological processes. – 2014. – №. 4 (49). – P. 158-161. – ISSN 2219-9365.
R. H. Rovira, S. V. Pavlov, O. D. Azarov, A. S. Kaminsky. Research of Optical Properties of Biotissue on the Basis of Numeral Modeling of Photons Transport, Photobiology and photomedicine.. - 2012. - Т. IХ. – № 1,2. – P. 127 - 130. – ISSN 2076-0612.
Downloads
-
PDF (Українська)
Downloads: 81
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
