光散射成象技术在临床中的应用
作者：Boas D.A.1 程学峰1 连建宇2 张国旺2 李峻亨3
单位：1.Tufts University, MA, USA 2.Boston Instruments, LLC, MA, USA 3.中国人民解放军总医院
关键词：
中国激光医学杂志980314 在X-CT和MRI技术已经成熟并广泛应用于临床诊断的今天，对人体组织的静态与动态光学特性进行无损检测，又为医学成象开拓了广阔的前景。研究近红外光子在浑浊媒介中的扩散成为近期学术界的焦点。它的应用范围非常广泛，从脉冲血氧定量到细胞组织检定，包括脉冲血氧计、胎儿监护仪的应用；从乳腺癌与脑瘤成象到血流测定，乃至脑功能图象研究等，无不受益于近代半导体激光器以及固体探测器的发展。这些固体探测器具有反应时间快及灵敏度高等特性。近红外光散射成象技术具有无损伤、造价低、响应时间快和光学对比高等优点。
人体细胞组织对于700 nm～900 nm波段内的光子近似“透明”(吸收系数 ～0.1/cm)。这使得(1)光子能穿透较长的深度( ～6 cm)；(2)由于主要吸收物为有氧和无氧血红蛋白，且两者具有完全不同的吸收谱特性，因而能广为利用。例如通过测得两个不同波长的吸收值，可以确定细胞组织的氧饱和度。另一方面，因为人体组织对于近红外光子是一个高散射系统(散射系数约为100/cm)，光子不是直线传播，而是遵循扩散理论，所以信号分析比传统X射线扫描更为复杂。但在研究者们的共同努力下，已经取得不少进展，如英国伦敦大学、美国宾久法尼亚大学等的学者，已在实验基础上积累了大量散射光谱数据，而且理论上也已取得了重大进展。如质量波在人体内的传播理论、图象组织理论等等。最近，波士顿(光学)仪器公司、美国Tufts大学磁光电中心和哈佛大学医学院等根据上述有关原理，联合研制出可用于脑血管病早期预警研究的连续波成象系统。不同波长的半导体激光通过光纤引导到大脑的某一部位，反散射光子通过两维光纤阵列采集并传送到探测器。在这个系统中，光纤间距从1 cm到7 cm均匀分布。对人脑模型实验的结果表明，该系统能通过两维扫描给出模型深层血氧变化的三维图象和定量分析。该系统造价低，使用轻便，可连续实时监测，因而可以成为病房和家庭监护预警的设备。, http://www.100md.com(Boas D.A.1 程学峰1 连建宇2 张国旺2 李峻亨3)
单位：1.Tufts University, MA, USA 2.Boston Instruments, LLC, MA, USA 3.中国人民解放军总医院
关键词：
中国激光医学杂志980314 在X-CT和MRI技术已经成熟并广泛应用于临床诊断的今天，对人体组织的静态与动态光学特性进行无损检测，又为医学成象开拓了广阔的前景。研究近红外光子在浑浊媒介中的扩散成为近期学术界的焦点。它的应用范围非常广泛，从脉冲血氧定量到细胞组织检定，包括脉冲血氧计、胎儿监护仪的应用；从乳腺癌与脑瘤成象到血流测定，乃至脑功能图象研究等，无不受益于近代半导体激光器以及固体探测器的发展。这些固体探测器具有反应时间快及灵敏度高等特性。近红外光散射成象技术具有无损伤、造价低、响应时间快和光学对比高等优点。
人体细胞组织对于700 nm～900 nm波段内的光子近似“透明”(吸收系数 ～0.1/cm)。这使得(1)光子能穿透较长的深度( ～6 cm)；(2)由于主要吸收物为有氧和无氧血红蛋白，且两者具有完全不同的吸收谱特性，因而能广为利用。例如通过测得两个不同波长的吸收值，可以确定细胞组织的氧饱和度。另一方面，因为人体组织对于近红外光子是一个高散射系统(散射系数约为100/cm)，光子不是直线传播，而是遵循扩散理论，所以信号分析比传统X射线扫描更为复杂。但在研究者们的共同努力下，已经取得不少进展，如英国伦敦大学、美国宾久法尼亚大学等的学者，已在实验基础上积累了大量散射光谱数据，而且理论上也已取得了重大进展。如质量波在人体内的传播理论、图象组织理论等等。最近，波士顿(光学)仪器公司、美国Tufts大学磁光电中心和哈佛大学医学院等根据上述有关原理，联合研制出可用于脑血管病早期预警研究的连续波成象系统。不同波长的半导体激光通过光纤引导到大脑的某一部位，反散射光子通过两维光纤阵列采集并传送到探测器。在这个系统中，光纤间距从1 cm到7 cm均匀分布。对人脑模型实验的结果表明，该系统能通过两维扫描给出模型深层血氧变化的三维图象和定量分析。该系统造价低，使用轻便，可连续实时监测，因而可以成为病房和家庭监护预警的设备。, http://www.100md.com(Boas D.A.1 程学峰1 连建宇2 张国旺2 李峻亨3)