鲜红斑痣(port wine stain,PWS)是由皮肤真皮浅层毛细血管扩张畸形造成的异常红斑。血管靶向光动力疗法(vascular-targeted photodynamic therapy,V-PDT)是目前治疗PWS最为有效的方法。V-PDT涉及光、光敏剂和氧等多个因素的相互作用。研究这些因素间的相互作用规律有助于临床医生制定合理的治疗方案。数学建模是研究多因素相互作用关系的常用方法。目前针对V-PDT治疗PWS建立的数学模型主要是利用不同病变类型的血管结构的经验参数进行仿真。临床对PWS病变的分型主要是基于对患者外观颜色的观察。但是,单纯依靠外观颜色很难判断患者病变组织内部的实际情况。因此,需要一种客观的手段,对PWS的内部结构进行检测和分析,利用实际的参数优化数学模型,从而使仿真结果更符合临床实际情况。光学相干层析成像(optical coherence tomography,OCT)是一种无创的光学检测成像方法,能够用于组织内部结构的检测与分析。此外,其成像信号中还携带了组织光学特性的信息。因此,为了针对临床患者实际情况进行仿真模拟,本研究利用OCT实现PWS结构参数与光学参数的提取,改进PWS组织光学模型。V-PDT中作用于靶点位置的主要光毒性产物为单线态氧,其产量与疗效直接相关,因此,可以结合数学仿真的方法,对V-PDT治疗过程中单线态氧的产量进行计算,从而指导治疗方案的制定。首先,基于PWS组织结构的特点,建立了含有柱状血管的PWS组织光学模型。利用Monte Carlo算法对V-PDT治疗条件下光能流率在组织模型中的分布进行了数值模拟。编写了GUI程序运行界面,实现了PWS组织光学模型参数的自由输入,利用该模型分析了PWS特征参数,包括表皮层厚度、扩张血管管径及深度和组织散射系数对光分布的影响。其次,论述了时域OCT系统的基本理论,介绍了OCT系统的关键技术,并在临床检测条件下对主要系统参数指标进行了测试。建立了PWS表皮层厚度、扩张血管管径及深度的提取方法。利用OCT对临床60个PWS部位进行了检测,分析了V-PDT术前和术后三个月的结构参数差异,并对结构参数与疗效之间的相关性进行了分析。再次,建立了利用OCT纵向扫描信号提取PWS各层组织散射特性参数的方法。该方法利用最小二乘法对PWS各层组织的纵向扫描信号进行曲线拟合来实现特性参数的获取。将不同浓度的脂肪乳溶液作为标准样品,验证了散射系数提取方法的准确性。利用该方法,获取了V-PDT前和术后三个月以及治疗过程中PWS患者皮肤表皮层和真皮层的散射系数。最后,根据V-PDT中血管和组织中的光敏剂及氧浓度随时间变化的情况,建立了PWS组织中单线态氧产量的数学仿真模型。利用光分布和单线态氧产量仿真程序,结合OCT获取的PWS组织特征参数,分别模拟了典型组织结构的PWS患者在V-PDT治疗中组织中的光分布情况和单线态氧产量,并以此对术后疗效进行了预测。术后随访结果与预测结果一致。分析了PWS结构参数对V-PDT中组织单线态氧产量的影响,验证了结构参数与疗效之间的关系。同时,初步分析了数学仿真模型用于指导临床治疗方案制定的可行性。