Accelerated Monte Carlo models to simulate fluorescence spectra from layered tissues

Johannes Swartling; Antonio Pifferi; Annika M. K. Enejder; Stefan Andersson-Engels

doi:10.1364/JOSAA.20.000714

美国光学学会杂志A
第20卷，
第4版,
第714-727页
(2003)
•https://doi.org/10.1364/JOSAA.20.000714

加速蒙特卡罗模型模拟层状组织的荧光光谱

约翰内斯·斯沃特林（Johannes Swartling）、安东尼奥·皮费里（Antonio Pifferi）、安妮卡·恩内德（Annika M.K.Enejder）和斯特凡·安德森-恩格尔（Stefan Andersson-Engels）

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Johannes Swartling、Antonio Pifferi、Annika M.K.Enejder和Stefan Andersson-Engels，“加速蒙特卡罗模型模拟层状组织的荧光光谱”，J.Opt。美国社会学协会20, 714-727 (2003)

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摘要

描述了两种有效的蒙特卡罗模型，有助于预测光散射和光吸收介质的完整时间分辨荧光光谱。在精确度、信噪比统计和模拟时间方面，将其与第三种传统荧光蒙特卡罗模型进行了比较。通过卷积技术提高了计算效率，并通过问题的对称性证明了这一点。此外，其中一个加速模型中使用的光子路径互易原理大大简化了发射荧光分布的计算。最后提出了一种所谓的白蒙特卡罗方法，用于有效模拟一个激发波长与宽范围发射波长的组合。在纯散射介质中模拟荧光，然后分析考虑吸收特性。这种方法既适用于传统模型，也适用于两种加速模型。在模拟精度范围内，三种模型的荧光积分在发射表面和时间上的绝对值基本相同。由于离散化和卷积，时间分辨和空间分辨的荧光在靠近源的短延迟时间处表现出轻微的高估，对应于加速模型的大约两个网格元素。反向发射加速模型的效率提高最为显著，其模拟时间最多可减少两个数量级。

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光学特性							栅格分辨率				网格大小
${μ_{一}}^{x个}$ （厘米^-1)	${μ_{一}}^{米}$ （厘米^-1)	${μ_{秒}}^{x个}$ （厘米^-1)	${μ_{秒}}^{米}$ （厘米^-1)	$克^{x个}$	$克^{米}$	$ϕ_{效率}$	τ （秒）	$d日 z（z）$ （厘米）	$d日第页$ （厘米）	$d日 t吨$ （秒）	新西兰	编号	纳特
2	0.5	100	50	0.8	0.84	0.25	1	0.025	0.05	5	20	40	40

改变参数	模型	${F类}_{总计}$	$天 {F类}_{总计}$ (%)
无	SMC公司	0.0157
	FMC公司	0.0161	2.3
	风险管理委员会	0.0162	3
${μ_{一}}^{x个} = 1 {厘米}^{- 1}$	SMC公司	0.0122
	FMC公司	0.0123	0.9
	风险管理委员会	0.0123	1.5
${μ_{一}}^{米} = 0.25 {厘米}^{- 1}$	SMC公司	0.0193
	FMC公司	0.0193	0
	风险管理委员会	0.0196	1.2
${μ_{秒}}^{x个} = 50 {厘米}^{- 1}$	SMC公司	0.0160
	FMC公司	0.0165	3
	风险管理委员会	0.0166	3.6
${μ_{秒}}^{米} = 100 {厘米}^{- 1}$	SMC公司	0.0171
	FMC公司	0.0176	3
	风险管理委员会	0.0176	2.9
$克^{x个} = 0.7,$ $克^{米} = 0.76$	SMC公司	0.0161
	FMC公司	0.0161	0.5
	风险管理委员会	0.0165	2.6

方法	运行时间在奔腾III上 933 MHz时（s）
SMC公司 $(10^{5} 光子)$	78
FMC公司 $(10^{5} 光子)$ ^一	58
风险管理委员会 $(10^{5} 光子)$ ^一	56
WMC公司 $(10^{5} 光子)$ ^一	79
卷积	19

模型	光子 (×1000)	${个人简历}_{10 %}$ (%)	${个人简历}_{1 %}$ (%)	${个人简历}_{0.1 %}$ (%)	${个人简历}_{顺时针}$ (%)	${个人简历}_{总计}$ (%)
SMC公司	1	39	77	104	29	4.3
	4	19	36	56	12	2.3
	16	9	18	32	6.2	0.7
	64	5.3	9.7	15	3.3	0.3
	256	2.2	4.4	7.7	1.4	0.3
	1024	1	2.1	3.7	0.8	0.2
FMC公司	1	40	38	41	22	6.6
	4	14	20	23	12	3.2
	16	6.7	9.6	14.1	7	1.7
	64	5.1	5.2	7.4	3.3	0.7
	256	2.3	1.9	3.5	1.9	0.2
	1024	0.8	1	1.8	0.7	0.2
风险管理委员会	1	4.4	6.6	10	7.5	3.4
	4	2.4	3	5.1	4.1	1.5
	16	1.2	1.6	2.7	2.4	0.9
	64	0.8	0.9	1.3	0.9	0.2
	256	0.4	0.5	0.8	0.5	0.2
	1024	0.2	0.2	0.3	0.2	0.1

光学特性							栅格分辨率				网格大小
${μ_{一}}^{x个}$ （厘米^-1)	${μ_{一}}^{米}$ （厘米^-1)	${μ_{秒}}^{x个}$ （厘米^-1)	${μ_{秒}}^{米}$ （厘米^-1)	$克^{x个}$	$克^{米}$	$ϕ_{效率}$	τ （秒）	$d日 z（z）$ （厘米）	$d日第页$ （厘米）	$d日 t吨$ （秒）	新西兰	编号	纳特
2	0.5	100	50	0.8	0.84	0.25	1	0.025	0.05	5	20	40	40

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