Language
Country/Area
No result found
Сквозь свет и тень: как спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона с временным разрешением меняет технологию медицинской визуализации?
С постоянным развитием технологий медицинской визуализации спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона с временным разрешением (TD-NIRS) постепенно становится важным инструментом для диагностики и мониторинга состояния биологических тканей благодаря своим уникальным характеристикам. Эта технология использует характеристики распространения света в рассеивающих средах для понимания оптических свойств биологических тканей путем анализа времени прибытия отраженного света, тем самым предоставляя более глубокую патофизиологическую информацию.
Физические концепции
При измерении с помощью спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона с временным разрешением излучается импульс света менее 100 пикосекунд и регистрируется время прибытия фотонов, рассеянных обратно от ткани. Эти фотоны рассеиваются и поглощаются несколько раз, и результирующая гистограмма распределения времени прибытия фотонов предоставляет ключевую информацию о поглощении и рассеянии.
«Поскольку биологические ткани обладают хорошей прозрачностью для света в инфракрасном диапазоне, это позволяет нам глубоко исследовать глубокую структуру ткани».
Суть TD-NIRS заключается в его уникальной способности временного разрешения, которая может оптимизировать оценку концентраций различных компонентов в биологических тканях и предоставлять соответствующую информацию о состоянии оксигенации крови. Эти данные не только имеют решающее значение для клинической диагностики, но и могут стать основой для моделей раннего прогнозирования заболеваний.
Композиция инструментов
В оптике рассеяния во временной области прибор в основном состоит из трех основных компонентов: импульсного лазерного источника, детектора одиночных фотонов и временной электроники.
Лазерный источник
Источники света для ближней инфракрасной спектроскопии во временной области должны иметь определенные характеристики, включая длину волны излучения в диапазоне от 650 до 1350 нанометров, высокую частоту повторения (более 20 МГц) и достаточную мощность лазера ( более 1 мВт). В последнее время начали уделять внимание импульсным волоконным лазерам, основанным на технологии генерации суперконтинуума, хотя их стабильность все еще нуждается в дальнейшем улучшении.
«Перестраиваемые титан-сапфировые лазеры, использовавшиеся в прошлом, предлагают широкий диапазон длин волн, но они громоздки и дороги».
Детектор
Детекторы одиночных фотонов должны иметь высокую эффективность обнаружения фотонов, большую активную площадь и малое время отклика. Фотоумножители с оптоволокном (ФЭУ) когда-то были предпочтительным детектором в этой области. Однако из-за их большого размера и чувствительности к электромагнитным помехам они постепенно были заменены другими технологиями обнаружения.
Хроноэлектроника
Роль хроноэлектроники заключается в восстановлении гистограммы временного распределения фотонов без повреждений. Обычно это основано на технологии подсчета одиночных фотонов с корреляцией по времени (TCSPC) и достигается с помощью аналого-цифрового преобразователя (АЦП) или синхронно-цифрового преобразователя (TDC).
Поля приложения
Ближняя инфракрасная спектроскопия с временным разрешением продемонстрировала большой потенциал в различных биомедицинских приложениях, включая мониторинг мозга, оптическую маммографию и мониторинг мышц. Эти неинвазивные технологии обнаружения позволяют не только отслеживать состояние организма человека в течение длительного времени, но и своевременно предоставлять ключевую физиологическую информацию.
«Независимо от того, используется ли TD-NIRS для прикроватного мониторинга младенцев или взрослых, он продемонстрировал свои мощные диагностические возможности».
Перспективы на будущее
Ожидается, что с дальнейшим развитием технологий спектроскопия ближнего инфракрасного диапазона с временным разрешением продолжит проявлять свои уникальные преимущества в технологии медицинской визуализации. Будущие исследования будут сосредоточены на повышении точности и воспроизводимости измерений, а также на расширении применения этого метода в других областях медицины.
Можем ли мы с развитием оптических технологий позволить этим новым технологиям принести более широкую пользу здоровью человека?
