一 引言 W
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近年來，光波在生物組織中的傳輸與分布，以及光波尤其是近紅外光(700~1300nm)與生物組織相互作用的問題引起了廣泛關(guān)注。近紅外光光學(xué)成像與以往放射技術(shù)相比，有如下優(yōu)勢: 5,c`  
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(1)非電離化; .)3 2W
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(2)不同軟組織之間的鑒別; /r%+hS  
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(3)自然生色團(tuán)的特征吸收，以至獲得生物組織體的某些功能信息; )g --=w3  
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(4)其光源價廉，可移動操作以及可較長時間地安全操作。 *@& "MZ/M  
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因此，利用近紅外波段的光輻射進(jìn)行生物組織的成像、診斷和檢測是目前熱門研究領(lǐng)域之一。 )mPlB.  
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但是，光與生物組織的相互作用很復(fù)雜，與光波的特性、生物組織結(jié)構(gòu)及其物理化學(xué)生物特性均有關(guān)系。700~ 1300nm的近紅外光被稱為“組織光窗(tissue optical window)”，因?yàn)樯�物組織對此波段近紅外光的吸收和散射效應(yīng)均是最小。即使這樣，生物組織對近紅外光而言仍然是一種高散射介質(zhì)，且其散射遠(yuǎn)大于吸收。因此當(dāng)光射入組織體，光的方向性、相干性、偏振性等都會遭到不同程度的“破壞”，從中提取有用的生物組織內(nèi)部信息是研究人員面臨的最大問題。 `@eH4}L*  
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二 生物組織光學(xué)成像基礎(chǔ) qC4-J)8Wk  
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組織光學(xué)成像的首要問題是光源的選擇。近紅外光與可見光相比組織對其吸收小，散射也小，有高透射率，導(dǎo)致灼傷的可能性小，做常規(guī)掃描時，長時間曝光不會對組織產(chǎn)生影響。基于激光良好的方向性、相干性、單色性及短持續(xù)性等特性，使生物組織光學(xué)成像成為可能。 "P{&UwMmh  
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生物組織是高散射介質(zhì)，當(dāng)激光入射到組織，一部分被吸收，大部分被散射。光的散射服從統(tǒng)計(jì)規(guī)律。經(jīng)過組織的吸收和散射，入射光的特性(光強(qiáng)度、相干性、偏振性、方向性等)有所改變，其改變的程度取決于生物組織結(jié)構(gòu)及入射光波長。 u7=[~l&L  
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根據(jù)散射理論，透過生物組織的光有三種(見圖1): 彈道光子; 蛇行光子; 漫射光子。 O$H150,Q  
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同時，生物組織的背向散射光也由三部分組成: 單次背向散射光，與彈道光相似; 幾經(jīng)散射的背向散射光，和蛇行光相似; 以及背向漫射光，和透過漫射光相似。 SHk[X ]Uo  
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三 近紅外光波段生物組織各種成像技術(shù)及其應(yīng)用 /(V=Um^0  
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生物組織光學(xué)成像技術(shù)在診斷中具有重大應(yīng)用價值，主要由于其完全非侵入性、無損性、非電離化輻射，以及能夠顯示組織中各種化學(xué)組分，從而提供有用的功能信息。目前近紅外光成像裝置中一般可分為兩種類型: 時間分辨型及頻域調(diào)制型，如圖2所示。 yx
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1. 時間分辨型 `g1Oon_  
時間分辨型是測量組織對超短激光脈沖(皮秒量級)的時間響應(yīng)，一般用同步條紋掃描相機(jī)或時間相關(guān)的單光子記數(shù)(tcspc)系統(tǒng)檢測組織表面出射光的時間分布，利用光子飛行信息進(jìn)行成像。彈道光子與蛇行光子合稱為早期到達(dá)光，亦稱為成像光，而漫射光是歷經(jīng)多次散射的，是非成像光。基于三種光子的特性，散射介質(zhì)的時間分辨光學(xué)成像又大致分為以下兩種類型: 直接成像法和間接成像法，如圖3所示。 F&*M$@u5  
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a.分離短飛行時間光子法，即所謂的直接法成像。利用各種“門”技術(shù)分離出飛行時間短的光子，即提取出成像光子直接進(jìn)行成像。這種方法應(yīng)用了共軸掃描幾何學(xué)原理。目前已有多種比較成熟的門技術(shù)，如空間門、時間門、偏振門、相干門等。這些技術(shù)利用光子經(jīng)過散射后某些性質(zhì)的變化，如方向性、時間延遲、偏振性、相干性等，將成像光子分離出來。 [j?<9  
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(1)空間門是通過對組織表面的溢出光子進(jìn)行空間濾波實(shí)現(xiàn)的。應(yīng)用準(zhǔn)直探測的空間門技術(shù)空間分辨率很差，盡管采用盡可能大的輻照劑量及盡可能靈敏的探測器，對于人體軟組織可探測的極限深度也僅有幾毫米; 應(yīng)用該法對乳腺組織成像的嘗試即是一例。 Ln_l>X6j51  
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(2)偏振門利用線偏振光在散射介質(zhì)中傳播時偏振度會減小的特性，彈道光子的偏振度為1，而漫射光子的偏振度為0。 V)2_T!e%*  
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(3)超快快門又稱為時間門技術(shù)，依據(jù)光子經(jīng)過散射介質(zhì)后到達(dá)探測器的時間不同而加以區(qū)分。可將其理解為一個快門，開啟時間很短，只有幾個皮秒(~10-12s)，讓早到達(dá)的光子通過之后關(guān)閉，滯后的漫射光子不能通過。可以利用非線性光學(xué)現(xiàn)象的快門進(jìn)行取樣，取樣的過程是對通過的強(qiáng)度進(jìn)行調(diào)制，或?qū)Ω信d趣的信號進(jìn)行非線性放大，或?qū)Σ灰�的光進(jìn)行衰減。由于有限的動態(tài)范圍和有限數(shù)量的被檢測光子，該種技術(shù)穿透深度不超過幾個毫米。基于這種原理的時間門有: 光學(xué)kerr門(optical kerr gate，okg); raman放大器(raman amplifier，ra); 二次諧波產(chǎn)生(second harmonic generation，shg); 光學(xué)參量放大器(optical parametric amplifier，opa); 等等。 xiF%\#N  
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(4)相干門利用漫射光子相干性的“破壞”分離出成像光子，并使其與原入射光分出來的參考光相互干涉進(jìn)行成像。相干門技術(shù)亦有許多種，如全息門法，光學(xué)相干層析成像法等。  浪卡子县| 湘阴县| 紫金县| 临江市| 张家川| 鄂尔多斯市| 黄骅市| 上犹县| 上高县| 石门县| 渭南市| 丹阳市| 长沙市| 尼玛县| 和田县| 崇义县| 岳阳市| 上饶市| 汶川县| 宜城市| 滨海县| 蓬莱市| 辉南县| 松溪县| 当雄县| 怀集县| 民县| 黄平县| 南宁市| 东台市| 乌拉特中旗| 泸溪县| 高安市| 盐山县| 郯城县| 紫云| 常德市| 新巴尔虎右旗| 台安县| 萝北县| 双峰县|