Cálculo por Monte Carlo de la fluencia y absorción de fotones visibles en tejido biológico en función de la profundidad

Abstract

Este trabajo presenta un cálculo por Monte Carlo de la absorción de energía electromagnética dentro de tejido biológico en función de la profundidad; se usó un rango de la longitud de onda en el extremo violeta, 350 nm, hasta el infrarrojo cercano, 950 nm. Esto es importante para la biomedicina ya que aprovecha la absorción de la luz en el tejido a la hora de activar radiofármacos en terapia, o al hacer imagenología óptica, pero, debido a que el comportamiento de la luz en este medio tiene un comportamiento caótico, es necesario conocer la absorción de la energía para lograr una dosis óptica útil en la región deseada.

La metodología consistió en el desarrollo una subrutina escrita en C++ que simula regiones de tejido biológico mediante una estructura de vóxeles distribuidos uniformemente en los 3 ejes cartesianos, con una longitud de arista de 1 milímetro; cada vóxel fue etiquetado y ubicado por su vértice superior derecho posterior, dicha subrutina fue acoplada al código MCLTmx para el Transporte de Luz.

La distribución de la energía absorbida dentro del tejido fue mapeada y representada de forma que permita un análisis visual con regiones de color, representando la fracción de la energía depositada en cada vóxel respecto al total emitido por la fuente; se encontró que la máxima energía depositada queda siempre en el primer milímetro y que la profundidad que alcanza la absorción aumenta directamente proporcional a la longitud de onda, se forma una ventana óptica después de los 700 nm. Nuestros resultados teóricos concuerdan con lo reportado experimentalmente, demostrando la capacidad para estimar parámetros la fluencia y absorción de fotones en tejido biológico.