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빛과 그림자를 통해: 시간 분해 근적외선 분광학은 의료 영상 기술을 어떻게 재구성합니까?
의료 영상 기술이 지속적으로 발전하면서 시분해 근적외선 분광법(TD-NIRS)은 그 고유한 특성으로 인해 생물학적 조직의 상태를 진단하고 모니터링하는 중요한 도구로 점차 자리잡고 있습니다. 이 기술은 산란 매체에서 빛의 전파 특성을 이용하여 반사광의 도달 시간을 분석함으로써 생물학적 조직의 광학적 특성을 이해함으로써 더 깊은 병리생리학적 정보를 제공합니다.
물리적 개념
측정 시 시간 분해 근적외선 분광법은 100피코초 미만의 빛 펄스를 주입하고 조직에서 산란된 광자의 도착 시간을 기록합니다. 이러한 광자는 여러 번 산란되고 흡수되며, 결과적인 광자 도착 시간 분포 히스토그램은 흡수 및 산란에 대한 주요 정보를 제공합니다.
“생물학적 조직은 적외선 범위의 빛에 대해 우수한 투명성을 갖고 있기 때문에 이를 통해 조직의 깊은 구조를 깊이 조사할 수 있습니다.”
TD-NIRS의 핵심은 생물학적 조직의 다양한 구성 요소 농도 추정을 최적화하고 혈액 산소화 상태에 대한 관련 정보를 제공할 수 있는 고유한 시간 분해능에 있습니다. 이러한 데이터는 임상 진단에 중요할 뿐만 아니라 질병의 조기 예측 모델의 기초를 형성할 수도 있습니다.
악기 구성
시간 영역 산란 광학에서 기기는 주로 펄스 레이저 소스, 단일 광자 검출기 및 타이밍 전자 장치의 세 가지 기본 구성 요소로 구성됩니다.
레이저 소스
시간 영역 근적외선 분광법을 위한 광원은 650~1350나노미터 범위의 방출 파장, 고주파 반복률(20MHz 이상), 충분한 레이저 출력( 1mW 이상). 최근에는 초연속체 생성 기술을 기반으로 한 펄스 파이버 레이저가 주목을 받기 시작했지만 안정성은 여전히 더 개선되어야 합니다.
“과거에 사용된 파장 가변 Ti:sapphire 레이저는 광범위한 파장을 제공하지만 부피가 크고 비용이 많이 듭니다.”
감지기
단일 광자 검출기는 높은 광자 검출 효율, 넓은 활성 영역 및 작은 시간 응답을 가져야 합니다. 섬유 결합 광전자 증배관(PMT)은 한때 이 분야에서 가장 선호되는 검출기였습니다. 그러나 크기가 크고 전자기 간섭에 민감하기 때문에 점차 다른 검출 기술로 대체되었습니다.
크로노일렉트로닉스
시간전자공학의 역할은 손상 없이 광자의 시간 분포 히스토그램을 재구성하는 것입니다. 이는 일반적으로 시간 상관 단일 광자 계수 기술(TCSPC)에 의존하며 아날로그-디지털 변환기(ADC) 또는 타이밍-디지털 변환기(TDC)를 사용하여 수행됩니다.
응용분야
시간 분해 근적외선 분광법은 뇌 모니터링, 광학 유방조영술, 근육 모니터링 등 다양한 생물의학 응용 분야에서 강력한 잠재력을 보여주었습니다. 이러한 비침습적 감지 기술은 장기간 인체 상태를 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라 주요 생리학적 정보를 적시에 제공할 수 있습니다.
"TD-NIRS는 유아 또는 성인의 침상 모니터링에 사용되는지 여부에 관계없이 강력한 진단 기능을 입증했습니다."
향후 전망
기술이 더욱 발전함에 따라 시분해 근적외선 분광학은 의료 영상 기술에서 고유한 장점을 계속해서 발휘할 것으로 예상됩니다. 향후 연구는 측정의 정확성과 재현성을 향상하고 더 많은 의료 분야로 응용 범위를 확대하는 데 중점을 둘 것입니다.
광학 기술의 발전으로 이러한 신기술이 인류 건강에 더 광범위하게 도움이 되도록 할 수 있을까요?
