Language
Country/Area
No result found
Тайное путешествие света: почему диффузная оптика во временной области может раскрыть глубокие тайны биологических тканей?
В научном сообществе изучение тайн жизни всегда было одной из самых сложных задач для ученых. С появлением диффузной оптики во временной области направление этого поля изменилось. Эта технология не только помогает нам понять структуру биологических тканей, но и является ключевым инструментом для будущей медицинской диагностики. В этой статье будут рассмотрены принципы, инструменты и оборудование этой технологии, а также ее применение в биомедицине.
Принципы диффузионной оптики во временной области
Диффузионная оптика во временной области, также известная как функциональная спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона с временным разрешением, представляет собой метод, фокусирующийся на распространении света в диффузных средах. Излучая узкие световые импульсы, эти световые импульсы будут рассеиваться и поглощаться многократно после попадания в биологическую ткань. Время прибытия обнаруженных фотонов можно зарегистрировать и преобразовать в гистограмму распределения времени пролета фотонов, которая показывает поведение света в ткани.
Эта технология разделит различные характеристики биологических тканей и сможет независимо извлекать эффекты поглощения и рассеяния.
В диффузных средах основными явлениями, влияющими на движение фотонов, являются поглощение и рассеяние. Поглощение обусловлено наличием различных пигментов в биологических тканях, тогда как рассеяние обусловлено структурными различиями в среде. Эти два фактора вместе определяют время и интенсивность фотонов, прибывающих на детектор. Таким образом, анализируя распределение времени пролета, можно получить концентрацию различных компонентов в ткани, например, оксигенированное и дезоксигенированное состояние гемоглобина.
Состав приборов и оборудования
Оптические приборы временной диффузии в основном состоят из трех основных частей: импульсного лазерного источника, детектора одиночных фотонов и временной электроники. Эффективность работы этих компонентов напрямую влияет на точность и чувствительность всей системы.
Импульсный лазерный источник
Источник импульсного лазера, используемый в диффузной оптике временной области, требует определенных характеристик. Длина волны его излучения должна составлять от 650 до 1350 нанометров и в идеале иметь узкую полуширину. Кроме того, лазерный источник должен иметь высокую частоту повторения и достаточную мощность лазера, чтобы обеспечить хорошее соотношение сигнал/шум. С развитием технологий предыдущие литий-хром-сапфировые лазеры с регулируемым выбросом постепенно были заменены импульсными волоконными лазерами.
Детектор одиночных фотонов
Детекторы, подходящие для оптики диффузии во временной области, требуют не только высокой эффективности и большой эффективной площади, но также хорошего временного отклика и низкого уровня фонового шума. Традиционные фотоумножительные трубки больше не являются единственным вариантом. Появление однофотонных лавинных диодов и кремниевых фотоумножителей (SiPM) предоставило больше возможностей в этой области.
Электроника времени
Цель хронотроники — без потерь восстановить гистограмму времени пролета фотонов. Используя коррелированный по времени подсчет отдельных фотонов, процесс, включающий отметку времени прибытия фотонов, собираются данные для создания гистограммы. Современные электронные системы в основном используют комбинацию преобразователя времени в цифровой формат (TDC) или преобразователя времени в аналоговый формат (TAC) и аналого-цифрового преобразователя (ADC).
Значение в биомедицинских приложениях
Диффузионная оптика во временной области имеет большой потенциал для применения в биомедицине. Он позволяет непрерывно и неинвазивно контролировать оптические свойства тканей, становясь важным инструментом для долгосрочной диагностики. Эта технология успешно применяется для мониторинга головного мозга, оптической маммографии и мониторинга мышц, демонстрируя ее потенциал в качестве клинической диагностики.
Поскольку академическое сообщество проводит глубокие исследования этой технологии, в будущем мы сможем раскрыть еще больше глубоких тайн биологических тканей.
«Тайное путешествие света» продолжает расширять границы медицины посредством сочетания технологий и науки. Заглядывая в будущее, мы не можем не задаться вопросом: как эта технология изменит наше понимание жизни?
