光电容积脉搏波法（PPG）是一种低成本，无创的光学技术，可在皮肤表面进行生理测量。其最广泛的应用之一是商用智能手表和运动手环中包含的可穿戴心率传感器，它在日常环境下可提供舒适和连续的脉搏监测。本文演示了如何在OAS中对人体皮肤建模。

简介

PPG器件由红外或可见光波长范围内的发光二极管(LED)和光电探测器组成。它们提供了一种简单的光学技术来检测组织中的血容量变化，因为血液比周围的组织对光具有更强烈地吸收和散射效应。因此，血液的脉动将导致检测器信号发生相反的相位变化。本文介绍如何在OAS中模拟人体皮肤组织模型。

基础设计

PPG传感器可设计为反射或透射模式。由于光的穿透深度取决于其波长，因此绿色和黄色LED光线最适合在浅表血流中进行测量，并且通常以反射模式使用。另一方面，红外和近红外波长更适合测量深层组织血流，可用于透射模式。

大多数生物组织具有很强的光散射特征，因此被称为散射介质或混浊介质，可以通过模拟光学软件创建散射模型模拟人体皮肤组织，检测人类皮肤模型是非创伤性诊断设备和皮肤病设计中具有价值的辅助工具仪器。OAS提供了henyey-greenstein体积散射模型,它被生物医学认可社区是人体组织中散射的代表。体散射模型通过在OAS的材料定义。一旦定义了材料,它就可以被分配给模型中的实体。

人体组织中的体散射

Henyey-Greenstein分布函数可以准确描述混浊介质（例如生物组织）中小颗粒的光线散射。Henyey-Greenstein模型只有一个自由参数，即各向异性因子g。该参数的域区间为[-1,1]，其中g=-1对应反向散射，g=0表示各向同性散射，g=1表示正向散射。散射光的角度分布定义为：

人体皮肤建模

步骤一：
利用多个矩形体模拟人体皮肤，创建简单材料并设置材料，设置波长和折射率模拟光线进入皮肤不同皮层的光线情况。
分别创建表皮、真皮、真皮与神经层和神经层四种简单材料，波长均为0.5875618微米，在表皮中，设置折射率为1.5，其余三种材料的折射率为1.4。

步骤二：
点击光学特性—体散射，创建henyey-greenstein体散射材料，选择步骤一中所创建的相对应的材料，波长均设为0.6328微米。
创建表皮1，散射10.7，吸收0.43，各向异性0.79。

创建真皮1，散射18.7，吸收0.27，各向异性0.82。

创建真皮与神经层1，散射19.2，吸收0.33，各向异性0.82。

步骤三：
创建几何体模拟皮肤组织，禁用重点采样、将模型材料改为对应的体散射材料。创建一个分析平面。
步骤四：
设置朗伯光源模拟红光进入皮肤膜层，在分析平面上设置一个探测器。
模型的3D视图如下：

追迹结果

进行追迹，其追迹结果如下：

光通量数据如下：

通过结果可以看出这是一个正确的皮肤体散射建模。