柱状多孔介质中弥散磁共振信号受几何效应影响的蒙特卡罗模拟

摘要

为了研究弥散磁共振信号如何受介质边界几何效应影响,运用蒙特卡罗方法模拟分子在截面为圆形和方形的柱状多孔介质中的平面二维扩散,借此研究边界几何形状对弥散磁共振信号的影响。针对圆形和方形截面柱状多孔介质,介质体积分数取值分别为0.05-0.95和0.05-0.785。高介质体积分数情况下,扩散时间和b值被用来评估水分子扩散的反常程度。数值模拟采用了2种不同方法处理水分子与介质边界的相互作用。研究结果表明：从信号衰减获得的表观扩散系数与根据方均位移计算的结果相一致,但两者与现有理论均有不同;特别在圆形截面介质环境下,当介质体积分数大于0.6时,数值模拟的结果与理论值差异明显,因此现有的表观扩散系数解析解只是一个近似;介质边界的几何形状会影响表观扩散系数,甚至造成较大偏差,但不会改变扩散类型。