Simulation modeling of conversion processes of polarized optical radiation in biological tissue

Abstract

Розроблено вдосконалену імітаційну модель поширення фотонів у розсіювальній біологічній тканині на основі методу Монте-Карло, яка дає змогу комплексно враховувати всі основні оптичні процеси, що відбуваються під час поширення оптичного випромінювання крізь БТ. Модель відрізняється від відомих тим, що дає змогу враховувати поляризаційний стан падаючого випромінювання та зміну його оптичних характеристик шляхом відстеження електричного поля в кожній події взаємодії. На основі розробленої статистичної моделі проведено імітаційне моделювання процесів поширення фотонів у шкірі та її окремих шарах, що дало змогу встановити характеристики розсіювання та пропускання для кожного з шарів шкіри з параметрами моделі, що враховують кути падіння випромінювання у видимому та ближньому ІЧ-діапазонах і товщину шарів шкіри. Моделювання також дало змогу визначити відносну інтенсивність зворотно розсіяних фотонів залежно від локалізації.An improved simulation model of photon propagation in scattering biological tissue has been developed based on the Monte Carlo method, which makes it possible to comprehensively consider all the main optical processes occurring during the propagation of optical radiation through the BT. The model differs the known ones in that it allows one to consider the polarization state of the incident radiation and the change in its optical characteristics by tracking the electric field in each interaction event. Based on the developed statistical model, simulation modeling of the processes of photon propagation in the skin and its individual layers was carried out, which made it possible to establish the scattering and transmission characteristics for each of the skin layers with model parameters considering the angles of incidence of radiation in the visible and near-IR ranges, and the thickness of the skin layers. The simulation also made it possible to determine the relative intensity of backscattered photons depending on localization.