Optymalizacja kodu Monte Carlo do symulacji czasu przelotu fotonów w strukturach tkankowych

• Autorzy: Żółek N. S. , Liebert A. , Maniewski R.

Warianty tytułu

EN

Optimization of Monte Carlo code for simulations of photon flight times

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Symulacje Monte Carlo są często wykorzystywane w modelowaniu transportu światła w strukturach optycznie mętnych. Pozwalają uzyskać dokładny opis rozchodzenia się światła, ale wymagają dużej mocy obliczeniowej. Najbardziej czasochłonnymi operacjami podczas symulacji są: obliczanie wartości funkcji logarytmicznej i trygonometrycznej oraz generowanie liczb pseudolosowych. W tym artykule została przedstawiona weryfikacja i porównanie metody Monte Carlo wykorzystującej aproksymację funkcji logarytmicznej i trygonometrycznej z metodą klasyczną (z dokładnym obliczaniem logarytmu i funkcji cosinus) i z rozwiązaniami równania dyfuzji dla struktur jednorodnych.

EN

Monte Carlo simulations are frequently used in modeling of light transport in turbid media. They allow precise description of light transport, but require long computation time. Logarithmic and trigonometric functions evaluation, and generation of pseudorandom numbers are main-time consuming procedures in Monte Carlo calculations of light transport. In this paper, parallel Monte Carlo method with approximated logarithmic and trigonometric functions is analyzed, verified, and compared to the original one (with exact computation of logarithm and cosine functions) and with solution of diffusion equation for homogeneous media.

Słowa kluczowe

PL

metoda Monte Carlo; transport światła; struktury warstwowe

EN

Monte Carlo method; light transport; layered structures

• Wydawca: Uniwersytet Jagielloński - Collegium Medicum ; Index Copernicus Sp. z o.o.
• Czasopismo: Bio-Algorithms and Med-Systems
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 1, no. 1/2
• Strony: 277--280
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., wykr.

Twórcy

autor

Żółek N. S.

• Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN, Warszawa

autor

Liebert A.

• Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN, Warszawa

autor

Maniewski R.

• Instytut Biocybernetyki i Inżynierii Biomedycznej PAN, Warszawa

Bibliografia

• 1. Liebert A. et al.: Time-resolved multidistance near-infrared spectroscopy of the adult head: intracerebral and extracerebralabsorption changes from moments of distribution of times of flight of photons, Applied Optics, 43(15): p. 3037-3047, 2004.
• 2. Liebert A. et al.: Evaluation of optical properties of highly scattering media by moments of distributions of times of flight of photons, Applied Optics, 42(28): p. 5785-5792, 2003.
• 3. Wang L., Jacques S. L., Zheng l.: MCML - Monte Carlo modeling of light transport in multi-layered tissues, Computer Methods & Programs in Biomedicine, 47: p. 131-146, 1995.
• 4. Boas D. A. et al.: Three dimensional Monte Carlo code for photon migration through complex heterogeneous media including the adult human head, Optics Express, 10(3): p. 159-170, 2002.
• 5. Steinbrink J. et al.: Determining changes in NIR absorption using a layered model of the human head. Phys. Med. Biol., 46: p. 879-896, 2001.
• 6. Vattulainen, I., et al., A Comprehesive Study Of Some Pseudo-random Number Generators. Comput. Phys. Commun., 86: p. 209-226, 1995.
• 7. Okada E. et al.: Theoretical and experimental investigation of near-infrared light propagation in a model of the adult head. Appl. Opt., 36: p. 21-31, 1997.
• 8. Hielscher A. H., Alcouffe R. E., Barbour R. L.: Comparison of finite-difference transport and diffusion calculations for photon migration in homogeneous and heterogeneous tissues, Phys. Med. Biol., Vol. 43, 1285-1302, 1998.
• 9. Kienle A., Patterson M. S.: Determination of the optical properties of turbid media from single Monte Carlo simulation, Phys. Med. Biol., 41: p. 2221-2227, 1996.