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穿越光影：时间分辨的近红外光谱如何重塑医学影像技术？
随着医学影像技术的持续进步，时间分辨的近红外光谱（TD-NIRS）正以其独特的特性，逐渐成为诊断和监测生物组织状态的重要工具。这种技术利用光在散射介质中的传播特性，通过分析反射光的到达时间，来了解生物组织的光学性质，进而提供更深层次的病理生理信息。
物理概念
时间分辨的近红外光谱在其测量中，注入一束小于100皮秒的脉冲光，并记录从组织中散射回来的光子的到达时间。这些光子经过多次散射和吸收，最终形成的光子到达时间分布直方图提供了关于吸收和散射的关键信息。
“由于生物组织在红外光范围内对光具有良好的透明度，这使得我们能够深入探测组织的深层结构。”
TD-NIRS的核心在于其独特的时间解析能力，能够优化对生物组织中各种组分浓度的估计，并提供血液氧合状态的相关信息。这些数据不仅对临床诊断至关重要，还能成为疾病早期预测模型的基础。
仪器组成
在时间域散射光学中，仪器主要包括三个基本组件：脉冲激光源、单光子检测器及计时电子学。
激光源
时间域近红外光谱的光源需具备特定特征，包括在650到1350纳米范围内的发射波长、高频重复率（大于20 MHz）及足够的激光功率（超过1 mW）。最近，基于超连续生成技术的脉冲光纤激光器开始受到重视，尽管它们的稳定性仍需进一步改进。
“过去使用的可调Ti:sapphire激光器虽然提供了广泛的波长范围，但其体积庞大且成本高昂。”
检测器
单光子检测器需要具备高光子检测效率、大活跃面积和小的时间响应。光纤耦合光电倍增管（PMT）曾是这一领域的首选检测器，然而，由于其体积大和对电磁干扰敏感，逐渐被其他检测技术取代。
计时电子学
计时电子学的作用是无损坏地重建光子的时间分布直方图。这通常依赖时间相关单光子计数技术（TCSPC），并使用类比-数位转换器（ADC）或数位计时转换器（TDC）来完成。
应用领域
时间分辨的近红外光谱在各种生物医学应用中已显示出强大的潜力，包括脑部监测、光学乳腺摄影和肌肉监测等。这些非侵入性检测技术不仅能够长期监测人体状态，还能及时提供关键的生理信息。
“无论是在婴儿还是成人的床边监测中，TD-NIRS都展现了它的强大诊断功能。”
未来展望
随着技术的进一步发展，时间分辨的近红外光谱有望在医学影像技术中持续发挥其独特优势。未来的研究将重点放在提高测量的准确性和可重复性，以及扩展其在更多医学领域的应用。
随着光学技术的进步，我们是否能让这些新技术更广泛地造福人类健康？
