近年来生物医学光子学研究发展迅速,光与生物组织间的相互作用及分布规律成为热点研究内容。考虑到组织结构的多样性和生理状态的复杂性,准确地描述出光传输规律十分困难,这需要获取完备的光学特性参数以建立组织模型。同时组织的生理、病理状态和光学参数密切相关,因此光学参数的测量是生物医学光子学的研究重点,在临床光诊断和光治疗中具有重大的理论和实际意义。蒙特卡罗算法常用来考察粒子的追踪问题,它的精度极高,常常作为理论模型的非实验性检验标准。本文采用蒙特卡罗算法探究光子在组织内的传播规律,其基本思想是模拟光子与介质粒子的相互作用,并通过若干次独立重复实验来统计每个光子的运动轨迹,进而得到宏观的光传输情况。首先本文论述了光在生物组织中的传播规律,从光子传输理论和漫射近似理论出发,给出了三种不同的近似边界条件,得到了稳态情况下的光分布理论模型;以蒙特卡罗算法作为标准结果,对理论模型的精度和适用范围进行了验证。然后本文对生物组织光传输的蒙特卡罗算法进行研究。根据现有的稳态蒙特卡罗算法,建立了多层生物组织模型,用卷积方法分析了光束半径对光分布的影响;对现有算法进行了优化与改进,得到了时域蒙特卡罗算法,实现了漫反射率光谱的记录,并依据漫射近似理论验证了算法的准确性;在不同探测位置下,分别考察了吸收系数、散射系数、各向异性因子和相对折射率对仿真结果的影响。最后本文对组织光学参数进行实验测量。分别搭建了空间分辨和时间分辨的光学参数检测平台,并详细给出了实验原理、设备型号以及相关参数;以组织样品块为研究对象,测量了样品的漫反射率信号,并利用Matlab Cfool工具箱和编写的拟合程序对实验数据曲线进行光学参数反演;同时本文对拟合理论模型的选取和拟合范围的确定进行了深入讨论,有效地提高了测量精度,并与样品块的标准值进行了对比和分析。