Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Медицинская оптическая визуализация - это использование света в качестве исследовательского метода визуализации для медицинских приложений. Примеры включают оптическую микроскопию , спектроскопию , эндоскопию , сканирующую лазерную офтальмоскопию , лазерную доплеровскую визуализацию и оптическую когерентную томографию . Поскольку свет представляет собой электромагнитную волну , аналогичные явления происходят в рентгеновских лучах , микроволнах и радиоволнах .

Системы оптической визуализации можно разделить на системы диффузионной [1] [2] [3] и баллистической визуализации [4] . Модель миграции фотонов в мутных биологических средах была разработана Bonner et al. [2] Такая модель может быть применена для интерпретации данных, полученных с помощью лазерных доплеровских мониторов кровотока, и для разработки протоколов терапевтического возбуждения тканевых хромофоров.

Диффузионная оптическая визуализация [ править ]

Диффузная оптическая визуализация ( DOI ) - это метод визуализации с использованием ближней инфракрасной спектроскопии (NIRS) [5] или методов, основанных на флуоресценции. [6] При использовании для создания трехмерных объемных моделей отображаемого материала DOI называется диффузной оптической томографией , тогда как методы 2D-визуализации классифицируются как диффузная оптическая топография .

Этот метод имеет множество применений в неврологии, спортивной медицине, мониторинге ран и обнаружении рака. Обычно методы DOI отслеживают изменения концентраций оксигенированного и деоксигенированного гемоглобина и могут дополнительно измерять окислительно-восстановительное состояние цитохромов. Этот метод также может называться диффузной оптической томографией (DOT), ближней инфракрасной оптической томографией (NIROT) или флуоресцентной диффузной оптической томографией (FDOT), в зависимости от использования.

В нейробиологии функциональные измерения, выполненные с использованием длин волн ближнего инфракрасного диапазона, методы DOI можно классифицировать как функциональную спектроскопию в ближнем инфракрасном диапазоне (fNIRS).

Баллистическая оптическая съемка [ править ]

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

При эффективном обнаружении баллистические фотоны находят множество применений, особенно в когерентных системах медицинской визуализации высокого разрешения . Баллистические сканеры (использующие сверхбыстрые временные ворота) и оптическая когерентная томография (ОКТ) (использующая принцип интерферометрии ) - это лишь две популярные системы визуализации, в которых для создания изображений с ограничением дифракции используется обнаружение баллистических фотонов . Преимущества перед другими существующими методами визуализации (например, ультразвуковой и магнитно-резонансной томографией)) заключается в том, что баллистическая визуализация может достигать более высокого разрешения порядка от 1 до 10 микрометров, однако страдает ограниченной глубиной визуализации. Кроме того, часто измеряются 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 к необработанным захваченным баллистическим изображениям применяются методы обработки изображений для восстановления высококачественных. Методы баллистической визуализации направлены на то, чтобы отклонить небаллистические фотоны и сохранить баллистические фотоны, которые несут полезную информацию. Для выполнения этой задачи используются конкретные характеристики баллистических фотонов по сравнению с небаллистическими фотонами, такие как время пролета через когерентно-стробируемое изображение, коллимацию, распространение волнового фронта и поляризацию. [7]

См. Также [ править ]

  • Баллистический фотон
  • Диффузная оптическая визуализация
  • Оптической когерентной томографии
  • Оптическая томография
  • Диффузия фотона
  • Уравнение диффузии фотона
  • Лазерная допплеровская визуализация

Ссылки [ править ]

  1. ^ Дурдуран Т; и другие. (2010). «Диффузная оптика для тканевого мониторинга и томографии» . Rep. Prog. Phys . 73 : 076701. DOI : 10,1088 / 0034-4885 / 73/7/076701 . PMC  4482362 . PMID  26120204 .
  2. ^ а б А. Гибсон; Дж. Хебден; С. Арридж (2005). «Последние достижения в области диффузной оптической визуализации» (PDF) . Phys. Med. Биол . 50 : R1 – R43. DOI : 10,1088 / 0031-9155 / 50/4 / R01 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  3. ^ РФ Боннер, Р. Носсал, С. Хавлин , GH Weiss (1987). «Модель миграции фотонов в мутных биологических средах» . J. Opt. Soc. Являюсь. . 4 : 423. DOI : 10,1364 / josaa.4.000423 .
  4. ^ С. Фарсиу; Дж. Кристоферсон; Б. Эрикссон; П. Миланфар; Б. Фридлендер; А. Шакури; Р. Новак (2007). «Статистическое обнаружение и отображение объектов, скрытых в мутной среде, с помощью баллистических фотонов» (PDF) . Прикладная оптика . 46 (23): 5805–5822. DOI : 10,1364 / ao.46.005805 .
  5. ^ Дурдуран, Т; и другие. (2010). «Диффузная оптика для тканевого мониторинга и томографии» . Rep. Prog. Phys . 73 : 076701. DOI : 10,1088 / 0034-4885 / 73/7/076701 . PMC 4482362 . PMID 26120204 .  
  6. ^ "Harvard.edu Diffuse Optical Imaging" . Архивировано из оригинального 16 -го июня 2012 года . Проверено 20 августа 2012 года .
  7. ^ Лихонг В. Ван; Синь-и Ву (26 сентября 2012 г.). Биомедицинская оптика: принципы и изображения . Джон Вили и сыновья. С. 3–. ISBN 978-0-470-17700-6.

Внешние ссылки [ править ]

  • Группа медицинской оптики в ICFO, Барселона, Испания
  • Общие сведения о формировании изображений в ближнем инфракрасном диапазоне - ресурс, позволяющий лучше понять преимущества формирования изображений в ближнем инфракрасном диапазоне.
  • Лаборатория диффузной оптики при Пенсильванском университете, Филадельфия
  • DOI в Массачусетской больнице общего профиля, Бостон
  • Группа биомедицинской визуализации в Дартмуте
  • Лаборатория DOS / I в Лазерном институте Бекмана , Калифорнийский университет, Ирвин
  • Обзорная статья AP Gibson et al.
  • Статья об оптической визуализации груди.
  • Иллинойс ECE 460 Принципы оптического изображения Курс лекций
  • MRRA Inc. fNIRS Systems [1]