血管靶向光动力疗法（Vascular targeted photodynamic therapy,V-PDT）是一种用于治疗血管性疾病的新型疗法。鲜红斑痣（Port wine stain,PWS）是人体真皮浅层毛细血管发生畸形扩张而导致的良性病变,生理表现为异常红斑。目前,V-PDT已被成功地应用到PWS的治疗领域,然而由于V-PDT涉及光、光敏剂（Photosensitizer,PS）以及氧气等多个因素之间的相互作用的动态变化过程,对其机制至今仍未完全阐明。研究V-PDT中各要素之间相互作用规律及量效关系有助于医生在临床上为病人制定个性化的治疗方案,以获得最佳疗效。本论文针对V-PDT治疗PWS过程中单线态氧（Singlet Oxygen,1O2）产量的时空变化进行数学建模与仿真,旨在研究V-PDT过程中三个主要因素即光、光敏剂和分子氧之间相互作用规律。首先,我们构造了一系列更具有代表性的PWS模型,采用基于图形处理单元（Graphics Processing Unit,GPU）的蒙特卡洛（Monte Carlo,MC）快速算法,高效获得PWS中的治疗光分布;同时,采用光敏剂的药代动力学和分子扩散模型描述了V-PDT治疗过程中光敏剂和氧的动态变化。其次,结合氧气和光敏剂的时空分布模型,建立了V-PDT过程中1O2的产量方程,并在多个具有典型几何结构的PWS模型上实现V-PDT反应的仿真,得到了不同组织结构中V-PDT治疗PWS过程中1O2的时空分布。再次,通过开展剂量优化调控的仿真,探讨和分析了各参量如光漂白系数和光敏剂扩散系数等因素的差异以及它们变化对1O2产量的影响。最后,采用荧光光谱技术获得鼠背皮窗模型中光敏剂的时空变化规律,修正1O2产量的数学仿真模型,并将仿真结果与1O2成像系统检测结果进行比较,发现仿真获得的1O2产量的变化规律与实际监测结果呈现较好的吻合。这表明采用光学监测技术获得关键参量的时空变化规律并修正所建立的仿真模型,可用于探索V-PDT量效关系。结果表明,利用数学仿真有助于探索V-PDT中光、光敏剂与氧气的相互作用规律及其对V-PDT过程中1O2产量的影响,全面认识V-PDT效应的时空规律,为V-PDT治疗PWS等血管性疾病进行剂量优化调控提供理论依据。