stringtranslate.com

Медицинская оптическая визуализация

Медицинская оптическая визуализация — это использование света в качестве исследовательского метода визуализации для медицинских приложений, впервые предложенного американским физико-химиком Бриттоном Ченсом . Примерами служат оптическая микроскопия , спектроскопия , эндоскопия , сканирующая лазерная офтальмоскопия , лазерная допплеровская визуализация и оптическая когерентная томография . Поскольку свет — это электромагнитная волна , аналогичные явления происходят в рентгеновских лучах , микроволнах и радиоволнах .

Оптические системы визуализации можно разделить на диффузионные [1] [2] и баллистические системы визуализации [3] . Модель миграции фотонов в мутных биологических средах была разработана Боннером и др. [2]. Такая модель может быть применена для интерпретации данных, полученных с помощью лазерных допплеровских мониторов кровотока, и для разработки протоколов терапевтического возбуждения хромофоров тканей.

Диффузионное оптическое изображение

Диффузная оптическая томография ( DOI ) — это метод визуализации с использованием спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне (NIRS) [4] или методов, основанных на флуоресценции. [5] При использовании для создания трехмерных объемных моделей отображаемого материала DOI называется диффузной оптической томографией , тогда как методы двумерной визуализации классифицируются как диффузная оптическая топография .

Метод имеет множество применений в нейронауке, спортивной медицине, мониторинге ран и выявлении рака. Обычно методы DOI отслеживают изменения концентраций оксигенированного и дезоксигенированного гемоглобина и могут дополнительно измерять окислительно-восстановительные состояния цитохромов. Метод также может называться диффузной оптической томографией (DOT), ближней инфракрасной оптической томографией (NIROT) или флуоресцентной диффузной оптической томографией (FDOT) в зависимости от использования.

В нейронауке функциональные измерения, проводимые с использованием длин волн ближнего инфракрасного диапазона, методы DOI можно классифицировать как функциональную спектроскопию ближнего инфракрасного диапазона (fNIRS).

Баллистическая оптическая визуализация

Баллистические фотоны — это световые фотоны , которые проходят через рассеивающую ( мутную ) среду по прямой линии. Также известны как баллистический свет . Если лазерные импульсы посылаются через мутную среду, такую ​​как туман или ткани тела , большинство фотонов либо рассеиваются случайным образом, либо поглощаются. Однако на коротких расстояниях несколько фотонов проходят через рассеивающую среду по прямой линии. Эти когерентные фотоны называются баллистическими фотонами. Фотоны, которые слегка рассеиваются, сохраняя некоторую степень когерентности , называются змеиными фотонами.

При эффективном обнаружении существует множество приложений для баллистических фотонов, особенно в когерентных медицинских системах визуализации высокого разрешения. Баллистические сканеры (использующие сверхбыстрые временные ворота) и оптическая когерентная томография (ОКТ) (использующая принцип интерферометрии ) — это всего лишь две из популярных систем визуализации, которые полагаются на обнаружение баллистических фотонов для создания изображений с дифракционными ограничениями . Преимущества перед другими существующими методами визуализации (например, ультразвуком и магнитно-резонансной томографией ) заключаются в том, что баллистическая визуализация может достигать более высокого разрешения порядка 1–10 микрометров, однако она имеет ограниченную глубину визуализации. Кроме того, часто измеряются также более рассеянные «квазибаллистические» фотоны для увеличения «силы» сигнала (т. е. отношения сигнал/шум ).

Из-за экспоненциального уменьшения (по отношению к расстоянию) баллистических фотонов в рассеивающей среде часто применяются методы обработки изображений к необработанным захваченным баллистическим изображениям для восстановления высококачественных изображений. Методы баллистической визуализации направлены на отклонение небаллистических фотонов и сохранение баллистических фотонов, которые несут полезную информацию. Для выполнения этой задачи используются определенные характеристики баллистических фотонов по сравнению с небаллистическими фотонами, такие как время пролета через когерентно-стробированную визуализацию, коллимацию, распространение волнового фронта и поляризацию. [6]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Дурдуран Т. и др. (2010). «Диффузная оптика для мониторинга тканей и томографии». Rep. Prog. Phys . 73 (7): 076701. Bibcode :2010RPPh...73g6701D. doi :10.1088/0034-4885/73/7/076701. PMC  4482362 . PMID  26120204.
  2. ^ ab A. Gibson; J. Hebden; S. Arridge (2005). "Последние достижения в области диффузной оптической визуализации" (PDF) . Phys. Med. Biol . 50 (4): R1–R43. doi :10.1088/0031-9155/50/4/r01. PMID  15773619. S2CID  23029891.[ постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ S. Farsiu; J. Christofferson; B. Eriksson; P. Milanfar; B. Friedlander; A. Shakouri; R. Nowak (2007). «Статистическое обнаружение и визуализация объектов, скрытых в мутных средах, с использованием баллистических фотонов» (PDF) . Applied Optics . 46 (23): 5805–5822. Bibcode :2007ApOpt..46.5805F. doi :10.1364/ao.46.005805. PMID  17694130.
  4. ^ Дурдуран, Т; и др. (2010). «Диффузная оптика для мониторинга тканей и томографии». Rep. Prog. Phys . 73 (7): 076701. Bibcode :2010RPPh...73g6701D. doi :10.1088/0034-4885/73/7/076701. PMC 4482362 . PMID  26120204. 
  5. ^ "Harvard.edu Diffuse Optical Imaging". Архивировано из оригинала 16 июня 2012 г. Получено 20 августа 2012 г.
  6. ^ Lihong V. Wang; Hsin-i Wu (26 сентября 2012 г.). Биомедицинская оптика: принципы и визуализация. John Wiley & Sons. стр. 3–. ISBN 978-0-470-17700-6.

Внешние ссылки