拡散光画像
拡散光イメージング（DOI ）は、近赤外分光法（NIRS）[ 1 ]または蛍光ベースの方法[ 2 ]を使用してイメージングする方法です。イメージングされた材料の3D体積モデルを作成するために使用される場合、DOIは拡散光トモグラフィー と呼ばれ、2Dイメージング方法は拡散光イメージングに分類されます。
この技術は、神経科学、スポーツ医学、創傷モニタリング、がん検出など、幅広い応用が期待されています。DOI技術は、典型的には酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの濃度変化をモニタリングし、さらにシトクロムの酸化還元状態を測定することもあります。この技術は、用途に応じて、拡散光トモグラフィー（DOT）[ 3 ] 、近赤外光トモグラフィー（NIROT）、または蛍光拡散光トモグラフィー（FDOT）と呼ばれることもあります。
神経科学では、NIR 波長を使用して行われる機能測定、DOI 技術は機能的近赤外分光法(fNIRS)に分類される場合があります。
物理的メカニズム
生物組織は、光伝播において、いわゆる「治療窓」と呼ばれるスペクトル領域において、吸収よりも散乱現象が優勢であるため、強い拡散性を持つ媒体とみなすことができます。拡散性媒体における光子の移動は、拡散方程式のヒューリスティックモデルによって記述され、特定の形状に対して解析解を提供します。測定された吸収係数と散乱係数から、組織の主要な発色団の濃度を導出することが可能です。[ 4 ]
拡散光イメージングは、時間領域、周波数領域、または連続波、反射率または透過率構成で 実装できます。
拡散光トモグラフィーの限界と進歩
拡散光トモグラフィー（DOT）は、他の光学画像化技術と比較して、数センチメートルオーダーのより深い画像化を可能にするが、比較的低い空間解像度や、画像の取得および再構成に時間がかかるなど、重要な制限がある[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ]
これらの限界を克服するために、画像化パイプライン全体にわたって多くの改善が提案されてきた。これには、画像取得戦略の進歩[ 5 ] 、信号処理技術の進歩[ 6 ]、再構成アルゴリズムの進歩[ 7 ]などが含まれる。
共焦点飛行時間拡散光トモグラフィー
従来のDOTは、生物組織の散乱特性が高いため画像劣化が起こり、コントラストと深度位置の特定が困難です。共焦点飛行時間拡散光トモグラフィー（TOF-DOT）は、時間ゲート検出を用いて組織内をより直接的に通過した初期到達光子を選択的に収集することで、この問題に対処します。これにより、多重散乱光子の影響が低減し、信号対雑音比が向上します。[ 6 ]
TOF-DOT法は画像の解像度とコントラストを向上させ、再構成画像の鮮明度を向上させます。シミュレーションと組織ファントムを用いた実験研究の両方において、従来のDOT法と比較して優れた画像性能が実証されています。しかしながら、この技術は生体内での検証はまだ行われていません。[ 6 ]
参照
- 光トモグラフィー
- コンピュータ断層撮影レーザーマンモグラフィー
- 拡散光マンモグラフィー
- 神経科学における拡散光イメージング
- 生物組織の近赤外線窓
- 生物組織における光子輸送に関する放射伝達方程式と拡散理論
- 時間領域拡散光学
参考文献
- ^ Durduran, T; et al. (2010). 「組織モニタリングおよびトモグラフィーのための拡散光学」 . Rep. Prog. Phys . 73 (7) 076701. Bibcode : 2010RPPh...73g6701D . doi : 10.1088 / 0034-4885/73/7/076701 . PMC 4482362. PMID 26120204 .
- ^ 「Harvard.edu Diffuse Optical Imaging」 . 2012年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2012年8月20日閲覧。
- ^江華北 (2018年9月3日).拡散光トモグラフィー. CRC Press. doi : 10.1201/b10482 . ISBN 978-1-315-21748-2. S2CID 118019227 .
- ^マルテッリ、ファブリツィオ;デル・ビアンコ、サムエレ。アンドレア・イスマエリ。ザッカンティ、ジョバンニ (2009)。生体組織およびその他の拡散媒体を通る光の伝播: 理論、解決策、およびソフトウェア。土井: 10.1117/3.824746。ISBN 978-0-8194-8183-2。
- ^ a b Jiang, Jingjing; Ackermann, Meret; Russomanno, Emanuele; Di Costanzo Mata, Aldo; Charbon, Edoardo; Wolf, Martin; Kalyanov, Alexander (2022). 「ToF SPADカメラを用いた反射モード時間領域近赤外光トモグラフィーの解像度と浸透深度」 . Biomedical Optics Express . 13 (12): 6711– 6723. doi : 10.1364/BOE.470985 . PMC 9774846. PMID 36589570 .
- ^ a b c d Zhao, Yifan; Raghuram, Aditya; Kim, Hye Jin; Hielscher, Andreas H.; Robinson, Joshua T.; Veeraraghavan, Ashok (2021). 「共焦点飛行時間拡散光トモグラフィーを用いた高解像度深層イメージング」. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence . 43 (7): 2206– 2219. arXiv : 2101.11680 . doi : 10.1109/TPAMI.2021.3075366 . PMID 33891548 .
- ^ a b Hielscher, Andreas H.; Bluestone, Ayana Y.; Abdoulaev, GS; Klose, Alexander D.; Lasker, Jeffrey; Stewart, Mark; Netz, Uwe; Beuthan, Juergen (2002). 「近赤外拡散光トモグラフィー」 . Disease Markers . 18 ( 5–6 ): 313– 337. doi : 10.1155 / 2002/164252 . PMC 3851113. PMID 14646043 .
