医療用光学イメージング

医療用光学イメージングは​​、アメリカの物理化学者ブリトン・チャンスが開拓した、医療用途の調査用イメージング技術としての光の利用です。例としては、光学顕微鏡、分光法、内視鏡、走査型レーザー眼底検査、レーザードップラーイメージング、光干渉断層撮影法などがあります。光は電磁波であるため、 X 線、マイクロ波、電波でも同様の現象が発生します。

^{光学イメージングシステムは、拡散型[1] [2]}と弾道型^[3]に分けられます。濁った生物学的媒体における光子の移動モデルは、Bonnerらによって開発されました。^[2]このモデルは、レーザードップラー血流モニターから得られたデータの解釈や、組織色素分子の治療的励起のためのプロトコルの設計に適用できます。

拡散光イメージング（ DOI ）は、近赤外分光法（NIRS） ^[4]または蛍光ベースの方法^[5]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トポグラフィーに分類されます。

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、さまざまな用途に使用されています。通常、DOI 技術は、酸素化ヘモグロビンと脱酸素化ヘモグロビンの濃度の変化を監視し、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、拡散光断層撮影(DOT)、近赤外光断層撮影 (NIROT)、または蛍光拡散光断層撮影 (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線分光法(fNIRS) として分類される場合があります。

弾道光子は、散乱（混濁）媒体を直線的に通過する光子 です。弾道光とも呼ばれます。レーザーパルスが霧や体組織などの混濁媒体を通過した、ほとんどの光子はランダムに散乱または吸収されます。ただし、短い距離では、いくつかの光子が散乱媒体を直線的に通過します。これらのコヒーレントな光子は、弾道光子と呼ばれます。わずかに散乱し、ある程度のコヒーレンスを保持する光子は、スネーク光子と呼ばれます。

弾道光子は、効率的に検出されれば、特にコヒーレント高解像度医療用画像システムで多くの用途があります。弾道スキャナ（超高速時間ゲートを使用）と光コヒーレンストモグラフィー（OCT）（干渉原理を使用）は、弾道光子検出を利用して回折限界画像を作成する一般的な画像システムのほんの2つです。他の既存の画像診断法（超音波や磁気共鳴画像など）に対する利点は、弾道画像診断では1～10マイクロメートルのオーダーで高解像度を実現できることですが、画像深度には限界があります。さらに、信号「強度」（つまり、信号対雑音比） を高めるために、より散乱した「準弾道」光子も測定されることがよくあります。

散乱媒体における弾道光子の指数関数的減少（距離に関して）のため、多くの場合、撮影された生の弾道画像に画像処理技術が適用され、高品質の画像を再構成します。弾道画像化モダリティは、非弾道光子を排除し、有用な情報を運ぶ弾道光子を保持することを目的としています。このタスクを実行するために、コヒーレンスゲート画像化による飛行時間、コリメーション、波面伝播、偏光など、弾道光子と非弾道光子の特定の特性が使用されます。^[6]

• 弾道光子
• 拡散光画像
• 光干渉断層撮影
• 光トモグラフィー
• 光子拡散
• 光子拡散方程式
• レーザードップラー画像

• スペイン、バルセロナの ICFO の医療光学グループ
• 近赤外線イメージングの理解 – 近赤外線イメージングの利点をより深く理解するためのリソース。
• ペンシルバニア大学フィラデルフィア校拡散光学研究室
• ボストンのマサチューセッツ総合病院の DOI
• ダートマス大学バイオメディカルイメージンググループ
• カリフォルニア大学アーバイン校ベックマンレーザー研究所のDOS/Iラボ
• AP Gibson らによるこの分野のレビュー記事。
• 乳房光学画像診断に関する記事
• イリノイ ECE 460 光学イメージングの原理コースの講義ノート
• MRRA Inc. fNIRSシステム [1]