Imágenes ópticas médicas

La obtención de imágenes ópticas médicas es el uso de la luz como técnica de obtención de imágenes en investigación para aplicaciones médicas , iniciada por el químico físico estadounidense Britton Chance . Entre los ejemplos se incluyen la microscopía óptica , la espectroscopia , la endoscopia , la oftalmoscopia láser de barrido , la obtención de imágenes Doppler láser y la tomografía de coherencia óptica . Dado que la luz es una onda electromagnética , se producen fenómenos similares en los rayos X , las microondas y las ondas de radio .

Los sistemas de obtención de imágenes ópticas se pueden dividir en sistemas de obtención de imágenes difusivas ^[1]^[2] y balísticas ^{[3] . Bonner et al.}^[2] han desarrollado un modelo para la migración de fotones en medios biológicos turbios. Este modelo se puede aplicar para la interpretación de datos obtenidos a partir de monitores de flujo sanguíneo con láser Doppler y para el diseño de protocolos para la excitación terapéutica de cromóforos tisulares.

Imágenes ópticas difusivas

La obtención de imágenes ópticas difusas ( DOI ) es un método de obtención de imágenes que utiliza espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS)^[4] o métodos basados en fluorescencia.^[5] Cuando se utiliza para crear modelos volumétricos 3D del material obtenido por imágenes, la DOI se denomina tomografía óptica difusa , mientras que los métodos de obtención de imágenes 2D se clasifican como topografía óptica difusa .

La técnica tiene muchas aplicaciones en neurociencia, medicina deportiva, control de heridas y detección de cáncer. Normalmente, las técnicas DOI controlan los cambios en las concentraciones de hemoglobina oxigenada y desoxigenada y, además, pueden medir los estados redox de los citocromos. La técnica también puede denominarse tomografía óptica difusa (DOT), tomografía óptica de infrarrojo cercano (NIROT) o tomografía óptica difusa de fluorescencia (FDOT), según el uso.

En neurociencia, las mediciones funcionales realizadas utilizando longitudes de onda NIR, técnicas DOI, pueden clasificarse como espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS).

Imágenes ópticas balísticas

Los fotones balísticos son fotones de luz que viajan a través de un medio disperso ( turbio )en línea recta. También se conocen como luz balística . Si se envían pulsos láser a través de un medio turbio como la niebla o el tejido corporal , la mayoría de los fotones se dispersan o absorben aleatoriamente. Sin embargo, en distancias cortas, algunos fotones pasan a través del medio disperso en línea recta. Estos fotones coherentes se denominan fotones balísticos. Los fotones que están ligeramente dispersos, conservando cierto grado de coherencia , se denominan fotones de serpiente .

Si se detectan de manera eficiente, existen muchas aplicaciones para los fotones balísticos, especialmente en sistemas de imágenes médicas coherentes de alta resolución . Los escáneres balísticos (que utilizan puertas de tiempo ultrarrápidas) y la tomografía de coherencia óptica (OCT) (que utiliza el principio de interferometría ) son solo dos de los sistemas de imágenes populares que se basan en la detección de fotones balísticos para crear imágenes limitadas por difracción . Las ventajas sobre otras modalidades de imágenes existentes (por ejemplo, ultrasonidos y resonancia magnética ) es que las imágenes balísticas pueden lograr una resolución más alta en el orden de 1 a 10 micrómetros, sin embargo, tiene una profundidad de imagen limitada. Además, a menudo también se miden fotones "cuasibalísticos" más dispersos para aumentar la "fuerza" de la señal (es decir, la relación señal-ruido ).

Debido a la reducción exponencial (con respecto a la distancia) de los fotones balísticos en un medio de dispersión, a menudo se aplican técnicas de procesamiento de imágenes a las imágenes balísticas capturadas en bruto, para reconstruir imágenes de alta calidad. Las modalidades de imágenes balísticas tienen como objetivo rechazar los fotones no balísticos y retener los fotones balísticos que transportan información útil. Para realizar esta tarea, se utilizan características específicas de los fotones balísticos frente a los fotones no balísticos, como el tiempo de vuelo a través de imágenes controladas por coherencia, la colimación, la propagación del frente de onda y la polarización. ^[6]

Véase también

Referencias

^ Durduran T; et al. (2010). "Óptica difusa para la monitorización de tejidos y la tomografía". Rep. Prog. Phys . 73 (7): 076701. Bibcode :2010RPPh...73g6701D. doi :10.1088/0034-4885/73/7/076701. PMC 4482362 . PMID 26120204.
^ ab A. Gibson; J. Hebden; S. Arridge (2005). "Avances recientes en imágenes ópticas difusas" (PDF) . Phys. Med. Biol . 50 (4): R1–R43. doi :10.1088/0031-9155/50/4/r01. PMID 15773619. S2CID 23029891.^{[ enlace muerto permanente ]}
^ S. Farsiu; J. Christofferson; B. Eriksson; P. Milanfar; B. Friedlander; A. Shakouri; R. Nowak (2007). "Detección estadística y obtención de imágenes de objetos ocultos en medios turbios utilizando fotones balísticos" (PDF) . Applied Optics . 46 (23): 5805–5822. Bibcode :2007ApOpt..46.5805F. doi :10.1364/ao.46.005805. PMID 17694130.
^ Durduran, T; et al. (2010). "Óptica difusa para la monitorización de tejidos y la tomografía". 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". Archivado desde el original el 16 de junio de 2012 . Consultado el 20 de agosto de 2012 .
^ Lihong V. Wang; Hsin-i Wu (26 de septiembre de 2012). Óptica biomédica: principios e imágenes. John Wiley & Sons. pp. 3–. ISBN 978-0-470-17700-6.

Enlaces externos

Grupo de Óptica Médica en el ICFO, Barcelona, España
Comprensión de las imágenes de infrarrojo cercano: recurso para comprender mejor los beneficios de las imágenes de infrarrojo cercano.
Laboratorio de Óptica Difusa de la Universidad de Pensilvania, Filadelfia
DOI en el Hospital General de Massachusetts, Boston
Grupo de imágenes biomédicas de Dartmouth
Laboratorio DOS/I en el Instituto de Láser Beckman , Universidad de California, Irvine
Un artículo de revisión en el campo por AP Gibson et al.
Un artículo sobre imágenes ópticas de mama
Notas de clase del curso Principios de imágenes ópticas de Illinois ECE 460
Sistemas fNIRS de MRRA Inc. [1]

[1] Durduran T; et al. (2010). "Óptica difusa para la monitorización de tejidos y la tomografía". Rep. Prog. Phys . 73 (7): 076701. Bibcode :2010RPPh...73g6701D. doi :10.1088/0034-4885/73/7/076701. PMC 4482362 . PMID 26120204.

[Recent-2] A. Gibson; J. Hebden; S. Arridge (2005). "Avances recientes en imágenes ópticas difusas" (PDF) . Phys. Med. Biol . 50 (4): R1–R43. doi :10.1088/0031-9155/50/4/r01. PMID 15773619. S2CID 23029891.^{[ enlace muerto permanente ]}

[3] S. Farsiu; J. Christofferson; B. Eriksson; P. Milanfar; B. Friedlander; A. Shakouri; R. Nowak (2007). "Detección estadística y obtención de imágenes de objetos ocultos en medios turbios utilizando fotones balísticos" (PDF) . Applied Optics . 46 (23): 5805–5822. Bibcode :2007ApOpt..46.5805F. doi :10.1364/ao.46.005805. PMID 17694130.

[4] Durduran, T; et al. (2010). "Óptica difusa para la monitorización de tejidos y la tomografía". Rep. Prog. Phys . 73 (7): 076701. Bibcode :2010RPPh...73g6701D. doi :10.1088/0034-4885/73/7/076701. PMC 4482362 . PMID 26120204.

[5] "Harvard.edu Diffuse Optical Imaging". Archivado desde el original el 16 de junio de 2012 . Consultado el 20 de agosto de 2012 .

[WangWu2012-6] Lihong V. Wang; Hsin-i Wu (26 de septiembre de 2012). Óptica biomédica: principios e imágenes. John Wiley & Sons. pp. 3–. ISBN 978-0-470-17700-6.