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Par la lumière et l'ombre : comment la spectroscopie proche infrarouge résolue en temps remodèle-t-elle la technologie de l'imagerie médicale ?
Avec les progrès continus de la technologie d'imagerie médicale, la spectroscopie proche infrarouge résolue dans le temps (TD-NIRS) devient progressivement un outil important pour diagnostiquer et surveiller l'état des tissus biologiques en raison de ses caractéristiques uniques. Cette technologie utilise les caractéristiques de propagation de la lumière dans les milieux diffusants pour comprendre les propriétés optiques des tissus biologiques en analysant le temps d’arrivée de la lumière réfléchie, fournissant ainsi des informations physiopathologiques plus approfondies.
Concepts physiques
Dans sa mesure, la spectroscopie proche infrarouge résolue dans le temps injecte une impulsion de lumière moins de 100 picosecondes et enregistre l'heure d'arrivée des photons diffusés depuis le tissu. Ces photons sont diffusés et absorbés plusieurs fois, et l’histogramme de distribution des heures d’arrivée des photons qui en résulte fournit des informations clés sur l’absorption et la diffusion.
« Étant donné que les tissus biologiques ont une bonne transparence à la lumière dans la gamme infrarouge, cela nous permet de sonder en profondeur la structure profonde du tissu. »
Le cœur du TD-NIRS réside dans sa capacité unique de résolution temporelle, qui peut optimiser l'estimation des concentrations de divers composants dans les tissus biologiques et fournir des informations pertinentes sur l'état d'oxygénation du sang. Non seulement ces données sont essentielles au diagnostic clinique, mais elles peuvent également constituer la base de modèles de prédiction précoce de la maladie.
Composition des instruments
En optique de diffusion dans le domaine temporel, l'instrument se compose principalement de trois composants de base : une source laser pulsée, un détecteur de photon unique et une électronique de synchronisation.
Source laser
Les sources lumineuses pour la spectroscopie proche infrarouge dans le domaine temporel doivent avoir des caractéristiques spécifiques, notamment une longueur d'onde d'émission comprise entre 650 et 1 350 nanomètres, un taux de répétition haute fréquence (supérieur à 20 MHz) et une puissance laser suffisante ( plus de 1 mW). Récemment, les lasers à fibre pulsée basés sur la technologie de génération de supercontinuum ont commencé à retenir l'attention, même si leur stabilité doit encore être améliorée.
« Les lasers Ti : saphir accordables utilisés dans le passé offrent une large gamme de longueurs d'onde, mais sont encombrants et coûteux. »
Détecteur
Les détecteurs de photons uniques doivent avoir une efficacité de détection de photons élevée, une grande zone active et un temps de réponse court. Les tubes photomultiplicateurs couplés à des fibres (PMT) étaient autrefois le détecteur de choix dans ce domaine. Cependant, en raison de leur grande taille et de leur sensibilité aux interférences électromagnétiques, ils ont été progressivement remplacés par d'autres technologies de détection.
Chronoélectronique
Le rôle de la chronoélectronique est de reconstruire l'histogramme de distribution temporelle des photons sans dommage. Cela repose généralement sur la technologie de comptage de photons uniques corrélés dans le temps (TCSPC) et est réalisé à l'aide d'un convertisseur analogique-numérique (ADC) ou d'un convertisseur temporel-numérique (TDC).
Champs de candidature
La spectroscopie proche infrarouge résolue en temps a montré un fort potentiel dans diverses applications biomédicales, notamment la surveillance cérébrale, la mammographie optique et la surveillance musculaire. Ces technologies de détection non invasives peuvent non seulement surveiller l’état du corps humain pendant une longue période, mais également fournir des informations physiologiques clés en temps opportun.
"Qu'il soit utilisé pour la surveillance au chevet des nourrissons ou des adultes, le TD-NIRS a démontré ses puissantes capacités de diagnostic."
Perspectives futures
Avec le développement ultérieur de la technologie, la spectroscopie proche infrarouge à résolution temporelle devrait continuer à exercer ses avantages uniques dans la technologie de l'imagerie médicale. Les recherches futures se concentreront sur l’amélioration de la précision et de la reproductibilité des mesures, ainsi que sur l’expansion de leurs applications dans davantage de domaines médicaux.
Avec les progrès de la technologie optique, pouvons-nous permettre à ces nouvelles technologies de bénéficier plus largement à la santé humaine ?
