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2021-11-12 09:38

光學(xué)相干斷層掃描的上皮散射自發(fā)熒光強(qiáng)度校正——一個模型的研究

本文以實(shí)驗(yàn)結(jié)合光學(xué)軟件FRED來驗(yàn)證熒光介質(zhì)上覆蓋散射層的影響，結(jié)合AF-OCT系統(tǒng)能夠減少由于上皮組織增厚引起的假陽性，增強(qiáng)AF疾病檢測的功效。

摘要：

在本文中，我們通過模擬組織的自發(fā)熒光（AF）特性進(jìn)行了模型的研究。我們組合了光學(xué)相干斷層掃描（OCT）和AF成像系統(tǒng)，依據(jù)散射層的厚度和濃度來測量AF信號的強(qiáng)度。使用由生成的OCT圖像計(jì)算得到的厚度和散射濃度，結(jié)合AF-OCT系統(tǒng)能夠估計(jì)由上皮組織散射引起的AF損耗。我們定義了一個校正因子來計(jì)算上皮組織中的散射損耗，并且計(jì)算了一個校正散射AF信號。我們認(rèn)為校正散射AF將會減少在早期呼吸道病變檢測中的診斷誤檢率，誤檢是由混合因子產(chǎn)生，如增加的皮層厚度和炎癥。

關(guān)鍵詞：光學(xué)相干斷層掃描；自發(fā)熒光；光散射；模型；光線光學(xué)；OCT A-line數(shù)據(jù)

1. 簡介
自發(fā)熒光（AF）成像是一項(xiàng)已實(shí)現(xiàn)的技術(shù)，使用藍(lán)光來激發(fā)自然組織熒光。通過收集高風(fēng)險區(qū)域進(jìn)行活檢識別，已經(jīng)證明這項(xiàng)技術(shù)對于癌癥的早期檢測和癌的分期是及其有效的。雖然通過白光成像可以容易的檢測浸潤癌，原位癌和高度的癌前病變的檢測卻十分棘手。白光成像中的變化十分微小，然而，AF成像可以清楚地對比這種病變。當(dāng)受到藍(lán)光照射時，正常的組織會發(fā)出強(qiáng)烈的綠色AF，而異常組織則缺少這種AF輻射。
盡管AF成像可以方便的檢測原位癌，對于良性組織的異常現(xiàn)象也是十分敏感的。例如，上皮組織的厚度未必就與癌癥相關(guān)，但是它確實(shí)減少了由散射產(chǎn)生的AF信號，導(dǎo)致了假陽性。因此，將癌癥與其他非危險異常現(xiàn)象區(qū)別開來可以極大地增加治療的療效。
光學(xué)相干斷層掃描（OCT）是可以獲得生物組織皮下圖像的一項(xiàng)相干技術(shù)，它可以提供小于10μm軸向分辨率和大約3mm穿透深度的圖像。OCT采用了非電離，通常是近紅外的輻射來捕獲組織形態(tài)的實(shí)時圖像。OCT可以用于研究高風(fēng)險的組織位置。因此，當(dāng)用于組合時，以一種同時和協(xié)作的形式，AF-OCT成像可以提供豐富的生化信息，并定位組織形態(tài)，這些不能通過單獨(dú)的成像模式獲得。比如，在上皮組織增厚的情況下，OCT可以直接測量上皮組織厚度，并且將AF信號衰減歸因于上皮增厚，而不是癌癥前期引起的膠原重建。因此，由OCT給定結(jié)構(gòu)信息，并結(jié)合AF-OCT可以減少AF假陽性。
AF信號強(qiáng)度不僅取決于原位的熒光，也取決于不同組織層的光吸收和散射。組織的光散射已經(jīng)經(jīng)過了深入的研究1-6。模擬組織散射可以提供與AF信號強(qiáng)度有價值的信息。由于價格低廉、方便校準(zhǔn)且易于獲得，英脫利匹特（Intralipid）是用于組織模型最常見的散射媒介。這項(xiàng)工作的目的是根據(jù)散射層的厚度模擬組織自發(fā)熒光的性質(zhì)。我們定義了一個AF信號校正因子，用來說明散射層引起的損耗。OCT圖像給出了散射層厚度和散射顆粒的濃度，這是校正因子計(jì)算所需的兩個因素。因此，我們提出了AF-OCT系統(tǒng)，作為癌癥檢測的一個更靈敏和精確的成像工具。