Η ανατομική πληροφορία στις καθιερωμένες συνδυαστικές μοριακές απεικονίσεις γίνεται συνήθως με ιοντίζουσες ακτινοβολίες (ακτίνες-Χ, SPECT/CT, PET/CT), οι οποίες επιβαρύνουν κατά κανόνα τον ασθενή με επιπρόσθετη ακτινοβόληση. Η σύγχρονη έρευνα εστιάζεται στη χρήση οπτικών μεθόδων για την υλοποίηση της ζητούμενης μορφολογικής εικόνας, όπου σκεδαζόμενο φως από την υπό εξέταση περιοχή ανακατασκευάζεται κατάλληλα για να αποδώσει τη ζητούμενη ανατομική πληροφορία. Σκοπός της Διδακτορικής αυτής Διατριβής είναι η μελέτη μιας καινοτόμου μεθόδου οπτικής απεικόνισης, όπου, παρά την υψηλή σκεδαστικότητα του μέσου, η χρονικά αξιοποιημένη λαμβανόμενη πληροφορία να δύναται να χρησιμοποιηθεί επιτυχώς για την μορφολογική ανασύσταση του σκεδαζόμενου μέσου σε τομογραφικό επίπεδο. Απώτερος στόχος της μελέτης αυτής είναι η ανάπτυξη ενός υβριδικού τομογραφικού συστήματος αποτελούμενου από μία γ-Camera (SPECT) και ενός συστήματος τηλεκεντρικού φωτισμού με υπέρυθρη παλμική ακτινοβολία και σύστημα οπτικής ανάλυσης με χρονική πληροφορία (Time Resolved Optical Tomography - TROT). Βασικός αρωγός στην κατανόηση των φυσικών διεργασιών στο στάδιο αυτό, πέραν του πειραματικού ελέγχου της εφαρμοσιμότητας συμβατικών μαθηματικών αλγορίθμων για την ανακατασκευή της τομογραφικής εικόνας με υπέρυθρη και οπτική ακτινοβολία, αποτέλεσε η ανάπτυξη ενός εκτεταμένου εργαλείου προσομοίωσης με τεχνικές Monte-Carlo, το οποίο, πέραν από τη λεπτομερή παρακολούθηση της τροχιάς ενός φωτονίου (ray-tracing) σε ισχυρά σκεδαστικό μέσο, καινοτομεί σε δύο βασικά σημεία: Εισάγει με στοχαστικό τρόπο, υπό τη μορφή συνάρτησης πυκνότητας πιθανότητας (probability density function), την μακροσκοπική προσομοίωση της κυριαρχούσης στο μέσο σκέδασης Mie, αποφεύγοντας τοιουτοτρόπως μεγάλους υπολογιστικούς χρόνους. Παράλληλα, υπολογίζει το χρόνο πτήσης (Time-of-Flight) για κάθε προσομοιούμενο φωτόνιο, παρακολουθώντας όλες τις γνωστές φυσικές αλληλεπιδράσεις στις οποίες αυτό υπεισέρχεται. Το λογισμικό αυτό (PhoSim) με την μορφή ενός ολοκληρωμένου πακέτου εφαρμογής αποτελεί τον πυρήνα της μελέτης του εξεταζόμενου θέματος στην Διδακτορική αυτή Διατριβή.