Медицинская оптическая визуализация

Медицинская оптическая визуализация - это использование света в качестве метода исследований визуализации для медицинских применений, впервые представленных американским физическим химиком Бриттоном Шансом . Примеры включают оптическую микроскопию , спектроскопию , эндоскопию , сканирующую лазерную офтальмоскопию , лазерную допплеровую визуализацию и оптическую когерентную томографию . Поскольку свет является электромагнитной волной , аналогичные явления встречаются в рентгеновских снимках , микроволнах и радиоволнах .

Оптические системы визуализации могут быть разделены на диффузионные ^{[ 1 ]}^{[ 2 ]} и баллистическая визуализация ^{[ 3 ]} система Модель для миграции фотонов в мутных биологических средах была разработана Bonner et al. ^{[ 2 ]} Такая модель может быть применена для данных интерпретации, полученных из лазерных допплеровских мониторов кровотока и для проектирования протоколов для терапевтической возбуждение тканевых хромофоров.

Диффузионная оптическая визуализация

Диффузная оптическая визуализация ( DOI ) является методом визуализации с использованием спектроскопии ближней инфракрасной инфракрасной инфракрасной линии (NIR) ^{[ 4 ]} или методы на основе флуоресценции. ^{[ 5 ]} При создании трехмерных объемных моделей изображенного материала DOI называют диффузной оптической томографией , тогда как 2D -методы визуализации классифицируются как диффузная оптическая топография .

Техника имеет много применений к нейробиологии, спортивной медицине, мониторинге ранов и обнаружению рака. Как правило, методы DOI контролируют изменения в концентрациях кислородного и дезоксигенированного гемоглобина и могут дополнительно измерять окислительно -восстановительные состояния цитохромов. Техника также может быть названа диффузной оптической томографией (DOT), ближней инфракрасной оптической томографией (NIROT) или флуоресцентной диффузной оптической томографией (FDOT), в зависимости от использования.

В нейробиологии функциональные измерения, проведенные с использованием длины волн NIR, методы DOI могут классифицироваться как функциональная ближняя инфракрасная спектроскопия (FNIRS).

Баллистическая оптическая визуализация

Баллистические фотоны - это легкие фотоны , которые проходят через разбросанную ( мутную ) среду по прямой линии. Также известен как баллистический свет . Если лазерные импульсы отправляются через мутную среду, такую как туман или ткань тела , большинство фотонов либо случайным образом разбросаны, либо поглощаются. Тем не менее, на коротких расстояниях несколько фотонов проходят через разбросанную среду по прямым линиям. Эти когерентные фотоны называются баллистическими фотонами. Фотоны, которые слегка разбросаны, сохраняя некоторую степень когерентности , называются змеиными фотонами.

В случае эффективного обнаружения есть много применений для баллистических фотонов, особенно в когерентных системах медицинской визуализации с высоким разрешением . Баллистические сканеры (с использованием ультракачественных ворот времени) и оптическая когерентная томография (ОКТ) (с использованием принципа интерферометрии ) являются лишь двумя из популярных систем изображений, которые полагаются на баллистическое обнаружение фотонов для создания изображений с ограниченными дифракцией . Преимущества по сравнению с другими существующими методами визуализации (например, ультразвуковой и магнитно-резонансной визуализации ) состоит в том, что баллистическая визуализация может достичь более высокого разрешения в порядке от 1 до 10 микро-метров, однако у нее ограниченная глубина визуализации. Кроме того, часто измеряются более разбросанные «квази-баллистические» фотоны для увеличения «прочности сигнала» (т.е. отношения сигнал / шум ).

Благодаря экспоненциальному сокращению (по отношению к расстоянию) баллистических фотонов в среде рассеяния часто методы обработки изображений применяются к сырым захваченным баллистическим изображениям, чтобы реконструировать высококачественные. Модальности баллистической визуализации направлены на то, чтобы отвергнуть не баллистические фотоны и сохранить баллистические фотоны, которые несут полезную информацию. Для выполнения этой задачи используются специфические характеристики баллистических фотонов по сравнению с не баллистическими фотонами, такие как время полета посредством когерентности, закрытой визуализации, коллимации, распространения волновых фронтов и поляризации. ^{[ 6 ]}

Смотрите также

Ссылки

^ Durduran T; и др. (2010). «Диффузная оптика для мониторинга тканей и томографии» . Член. Физический 73 (7): 076701. BIBCODE : 2010RPPH ... 73G6701D . doi : 10.1088/0034-4885/73/7/076701 . PMC 4482362 . PMID 26120204 .
^ Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} А. Гибсон; Дж. Хебден; С. Арридж (2005). «Последние достижения в области диффузной оптической визуализации» (PDF) . Физический Медик Биол . 50 (4): R1 - R43. doi : 10.1088/0031-9155/50/4/r01 . PMID 15773619 . S2CID 23029891 . ^{[ Постоянная мертвая ссылка ]}
^ С. Фарсиу; Дж. Кристофферсон; Б. Эрикссон; П. Миланфар; Б. Фридлендер; А. Шакури; Р. Новак (2007). «Статистическое обнаружение и визуализация объектов, спрятанных в мутных средах с использованием баллистических фотонов» (PDF) . Прикладная оптика . 46 (23): 5805–5822. Bibcode : 2007apt..46.5805f . doi : 10.1364/ao.46.005805 . PMID 17694130 .
^ Durduran, T; и др. (2010). «Диффузная оптика для мониторинга тканей и томографии» . Член. Физический 73 (7): 076701. BIBCODE : 2010RPPH ... 73G6701D . doi : 10.1088/0034-4885/73/7/076701 . PMC 4482362 . PMID 26120204 .
^ «Harvard.edu диффузная оптическая визуализация» . Архивировано из оригинала 16 июня 2012 года . Получено 20 августа 2012 года .
^ Лихонг В. Ван; HSIN-I WU (26 сентября 2012 г.). Биомедицинская оптика: принципы и визуализация . Джон Уайли и сыновья. С. 3–. ISBN 978-0-470-17700-6 .

Внешние ссылки

Группа медицинской оптики в ICFO, Барселона, Испания
Понимание визуализации вблизи инфракрасных -ресурс, чтобы лучше понять преимущества визуализации почти инфракрасных.
Диффузная оптическая лаборатория в Университете Пенсильвании, Филадельфия
Doi в Массачусетской больнице общего профиля, Бостон
Группа биомедицинской визуализации в Дартмуте
Dos/I Lab в Лазерном институте Бекмана , Калифорнийский университет, Ирвин
Обзорная статья в поле AP Gibson et al.
Статья об оптической визуализации груди
Иллинойс ECE 460 ПРИНЦИПЫ ОПТИЧЕСКОЙ ИЗОБРАЖЕНИЕ КУРС НАМЕЧИ
MRRA Inc. FNIRS Systems [1]

[1] Durduran T; и др. (2010). «Диффузная оптика для мониторинга тканей и томографии» . Член. Физический 73 (7): 076701. BIBCODE : 2010RPPH ... 73G6701D . doi : 10.1088/0034-4885/73/7/076701 . PMC 4482362 . PMID 26120204 .

[Recent-2] Подпрыгнуть до: ^а ^{беременный} А. Гибсон; Дж. Хебден; С. Арридж (2005). «Последние достижения в области диффузной оптической визуализации» (PDF) . Физический Медик Биол . 50 (4): R1 - R43. doi : 10.1088/0031-9155/50/4/r01 . PMID 15773619 . S2CID 23029891 . ^{[ Постоянная мертвая ссылка ]}

[3] С. Фарсиу; Дж. Кристофферсон; Б. Эрикссон; П. Миланфар; Б. Фридлендер; А. Шакури; Р. Новак (2007). «Статистическое обнаружение и визуализация объектов, спрятанных в мутных средах с использованием баллистических фотонов» (PDF) . Прикладная оптика . 46 (23): 5805–5822. Bibcode : 2007apt..46.5805f . doi : 10.1364/ao.46.005805 . PMID 17694130 .

[4] Durduran, T; и др. (2010). «Диффузная оптика для мониторинга тканей и томографии» . Член. Физический 73 (7): 076701. BIBCODE : 2010RPPH ... 73G6701D . doi : 10.1088/0034-4885/73/7/076701 . PMC 4482362 . PMID 26120204 .

[5] «Harvard.edu диффузная оптическая визуализация» . Архивировано из оригинала 16 июня 2012 года . Получено 20 августа 2012 года .

[WangWu2012-6] Лихонг В. Ван; HSIN-I WU (26 сентября 2012 г.). Биомедицинская оптика: принципы и визуализация . Джон Уайли и сыновья. С. 3–. ISBN 978-0-470-17700-6 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]