Lékařské optické zobrazování - Medical optical imaging

Lékařské optické zobrazování je použití světlo jako vyšetřovací zobrazování technika pro lékařský aplikace. Mezi příklady patří optická mikroskopie, spektroskopie, endoskopie, skenovací laserová oftalmoskopie, laserové dopplerovské zobrazování, a optická koherentní tomografie. Protože světlo je elektromagnetická vlna, podobné jevy se vyskytují v Rentgenové záření, mikrovlnné trouby, a rádiové vlny.

Optické zobrazovací systémy lze rozdělit na difuzní[1][2][3] a balistické zobrazování[4] systémy.

Difuzní optické zobrazování

Difúzní optické zobrazování (DOI) je metoda zobrazování pomocí blízká infračervená spektroskopie (NIRS) [5] nebo metody založené na fluorescenci.[6]Při použití k vytvoření 3D objemových modelů zobrazovaného materiálu se DOI označuje jako difúzní optická tomografie, zatímco 2D zobrazovací metody jsou klasifikovány jako difúzní optická topografie.

Tato technika má mnoho aplikací v neurovědě, sportovní medicíně, monitorování ran a detekci rakoviny. Techniky DOI obvykle monitorují změny v koncentracích okysličených a odkysličených hemoglobin a může navíc měřit redoxní stavy cytochromů. Tato technika může být také označována jako difúzní optická tomografie (DOT), blízká infračervená optická tomografie (NIROT) nebo fluorescenční difúzní optická tomografie (FDOT), v závislosti na použití.

V neurovědě lze funkční měření prováděná pomocí vlnových délek NIR, techniky DOI klasifikovat jako funkční blízká infračervená spektroskopie (fNIRS).

Balistické optické zobrazování

Balistické fotony jsou světlo fotony že cestovat přes rozptyl (zakalený ) střední v přímce. Také známý jako balistické světlo. Li laser impulzy jsou vysílány zakaleným médiem, jako je mlha nebo tělesná tkáň, většina fotonů je buď náhodně rozptýlena, nebo absorbována. Na krátké vzdálenosti však několik fotonů prochází rozptylovým médiem v přímkách. Tyto koherentní fotony se označují jako balistické fotony. Fotony, které jsou mírně rozptýlené a zachovávají si určitý stupeň soudržnost, jsou označovány jako had fotony.

Pokud jsou efektivně detekovány, existuje mnoho aplikací pro balistické fotony, zejména v koherentním vysokém rozlišení lékařské zobrazování systémy. Balistické skenery (využívající ultrarychlé časové brány) a optická koherentní tomografie (OCT) (pomocí interferometrie princip) jsou jen dva z populárních zobrazovacích systémů, které se při vytváření spoléhají na detekci balistických fotonů difrakčně omezeno snímky. Výhody oproti jiným stávajícím zobrazovacím metodám (např. ultrazvuk a magnetická rezonance ) je, že balistické zobrazování může dosáhnout vyššího rozlišení v řádu 1 až 10 mikrometrů, avšak trpí omezenou hloubkou zobrazování. Kromě toho se často měří také rozptýlenější „kvazi-balistické“ fotony, aby se zvýšila „síla“ signálu (tj. odstup signálu od šumu ).

Kvůli exponenciální redukci (s ohledem na vzdálenost) balistických fotonů v rozptylovém médiu často zpracování obrazu na surové zachycené balistické obrazy jsou použity techniky k rekonstrukci vysoce kvalitních. Balistické zobrazovací modality mají za cíl odmítnout nebalistické fotony a ponechat si balistické fotony, které nesou užitečné informace. K provedení tohoto úkolu se používají specifické vlastnosti balistických fotonů vs. nebalistických fotonů, jako např čas letu prostřednictvím koherentního hradlového zobrazování, kolimace, šíření vlnoplochy a polarizace.[7]

Viz také

Reference

  1. ^ Durduran T; et al. (2010). „Difúzní optika pro monitorování a tomografii tkání“. Rep. Prog. Phys. 73: 076701. doi:10.1088/0034-4885/73/7/076701. PMC  4482362. PMID  26120204.
  2. ^ A. Gibson; J. Hebden; S. Arridge (2005). „Nedávný pokrok v difuzním optickém zobrazování“ (PDF). Phys. Med. Biol. 50: R1 – R43. doi:10.1088 / 0031-9155 / 50/4 / r01.[trvalý mrtvý odkaz ]
  3. ^ R. F. Bonner, R. Nossal, S. Havlin, G. H. Weiss (1987). „Model pro migraci fotonů v zakaleném biologickém médiu“. J. Opt. Soc. Dopoledne. A. 4: 423. doi:10,1364 / josaa. 4.000423.
  4. ^ S. Farsiu; J. Christofferson; B. Eriksson; P. Milanfar; B. Friedlander; A. Shakouri; R. Nowak (2007). „Statistická detekce a zobrazování objektů skrytých v zakalených médiích pomocí balistických fotonů“ (PDF). Aplikovaná optika. 46 (23): 5805–5822. doi:10,1364 / ao.46.005805.
  5. ^ Durduran, T; et al. (2010). „Difúzní optika pro monitorování a tomografii tkání“. Rep. Prog. Phys. 73: 076701. doi:10.1088/0034-4885/73/7/076701. PMC  4482362. PMID  26120204.
  6. ^ „Difúzní optické zobrazování Harvard.edu“. Archivovány od originál 16. června 2012. Citováno 20. srpna 2012.
  7. ^ Lihong V. Wang; Hsin-i Wu (26. září 2012). Biomedicínská optika: principy a zobrazování. John Wiley & Sons. str. 3–. ISBN  978-0-470-17700-6.

externí odkazy