Optik Görüntüleme ile Tıbbi Görüntüleme Cihazlarında Devrim

Optik Görüntüleme ile Tıbbi Görüntüleme Cihazlarında Devrim

Zaman Damgası: 1 Mayıs 2023 6:00
Kaynak Düğüm: 2086175
Optik Biyomedikal Görüntüleme CihazlarıOptik görüntüleme araçları, hastalıkların doğru bir şekilde tanımlanmasında ve ilerlemelerinin izlenmesinde biyomedikal görüntülemenin kritik rolünü artırabilir.
Röntgen, bilgisayarlı tomografi (BT), manyetik rezonans görüntüleme (MRI), ultrason ve pozitron emisyon tomografisi (PET) gibi geleneksel tıbbi görüntüleme cihazları klinik ortamlarda yaygın olarak kullanılmaktadır (Şekil 1). Ancak bu görüntüleme yöntemlerinin çözünürlükleri sınırlıdır ve yalnızca milimetre ölçeğinde veya daha büyük boyutlarda görüntüler yakalayabilmektedir.

Doğru tanıya ulaşmak için hücresel yapıların biyopsi yoluyla daha yüksek çözünürlükte incelenmesi gerekebilir. Optik görüntülemenin geleneksel görüntüleme teknikleriyle entegrasyonu bu ihtiyacı karşılamak için daha etkili bir yaklaşım olabilir.

Optik Biyomedikal Görüntüleme Cihazlarışekil 1: Tıbbi Görüntüleme Testlerinin Açıklaması

Görünür ve yakın kızılötesi spektrumdaki ışığı kullanan optik görüntüleme (Şekil 2), geleneksel yüksek frekanslı görüntülemeye göre çeşitli avantajlar sunar. Optik görüntüleme, birkaç mikron kadar küçük görüntü çözünürlüklerine ulaşabilir, bu da hücresel düzeyde görselleştirmeye olanak tanır ve iyonlaştırıcı radyasyon veya yüksek frekanslı ses dalgaları kullanmaz.

Optik Biyomedikal Görüntüleme CihazlarıŞekil 2: Elektromanyetik spektrum

Bir doku içindeki spesifik moleküller veya hücreler, görüntüleme veya analiz için hedeflenebilir. Bu optik görüntüleme yöntemleri, geleneksel görüntüleme yöntemlerini tamamlayarak biyolojik süreçlerin ve sistemlerin daha kapsamlı bir resmini sağlar ve sonuçta çeşitliliği ve sonuçlara ulaşma süresini azaltır [1].

Optik görüntüleme, geleneksel görüntülemeye göre daha yüksek çözünürlük sunmasına rağmen, ışığın biyolojik sistemlerden geçerken emilmesi ve saçılması nedeniyle görüntüleme derinliği dokuya birkaç milimetre ile sınırlıdır. Doku şeffaflığı kompozisyon, yoğunluk, kalınlık ve hidrasyon seviyesi gibi faktörlere bağlıdır. Dokular, ışığın kırılma indeksinde değişiklikler sunan, ışığın saçılmasına veya yalnızca ışığın yönünde bir değişikliğe neden olan hücrelerden ve damarlardan oluşur.

Işığın zayıflaması, hemoglobin ve melanin gibi kromofor adı verilen ışığı emen doku bileşenlerinin varlığında meydana gelir. Hem saçılma hem de absorpsiyon dalga boyuna bağlıdır ve ışığın dokuya ne kadar derinden nüfuz edebileceğini etkiler [2].

Biyosistemlerin sorgulanmasında klinisyenlere ve araştırmacılara yardımcı olmak için çeşitli optik görüntüleme yöntemleri geliştirilmiştir [3]. Konfokal mikroskopi, doğrusal olmayan mikroskopi ve optik koherens tomografi (OCT) birkaç örnektir. Konfokal mikroskopi, bir iğne deliği yoluyla dedektörden gelen odak dışı ışığı reddeder ve kalın numunelerin geleneksel geniş alan mikroskopi görüntülemesine göre daha yüksek çözünürlüklü görüntüler sağlar (Şekil 3).

Şekil 3: Konfokal prensibin diyagramı (soldaki resim), Drosophila embriyosu, merkezi sinir sisteminin konfokal mikroskobu (sağdaki resim)

Doğrusal olmayan mikroskopi, hücrelerdeki ve dokulardaki biyolojik süreçlerin etiketsiz ve moleküler spesifik görüntülenmesine olanak tanır. Bu görüntüleme işlemlerinin çok fotonlu doğası, görüntülemenin çözünürlüğünün artmasına ve odak dışı fotoağartmanın azalmasına neden olur (Şekil 4).

Şekil 4: 2 kişilik enerji diyagramlarınd ve 3rd optik görüntüleme yöntemlerini sipariş edin (soldaki resim), Çoklu floresans 2PE görüntüleme. Floresan lekelerin (F-2, Moleküler Problar) bir kombinasyonu ile boyanmış fare bağırsağının 16 μm'lik kriyostat bölümünden 24631PE çoklu floresans görüntüsü (sağdaki resim)

OCT, referans ışın ile dokudan geri yansıyan dağınık ışık arasındaki düşük tutarlı girişimden bir sinyal türeterek 2D ve 3D görüntülerin oluşmasına olanak tanır (Şekil 5).

Şekil 5: Tek noktalı OCT'nin tipik optik kurulumu. Numune üzerindeki ışık ışınının taranması, mikrometre çözünürlükle (soldaki görüntü) 3 mm derinliğe kadar invaziv olmayan kesitsel görüntülemeye olanak tanır; 800 µm eksenel çözünürlükle (sağdaki görüntü) 3 nm'de bir retinanın OCT taraması

Optik görüntüleme yöntemleri ağırlıklı olarak kullanılmaktadır. ex vivo ortamlar veya in vivo ilgilenilen doku kolayca erişilebilir ve yüzeysel ise. Kombine görüntüleme yöntemleri, klinisyenlere hem makro hem de mikro ölçekte gelişmiş bilgiler sağlayabilir (Şekil 6), bu da daha hızlı, iyi bilgiye dayalı kararların alınmasına yol açabilir.

Şekil 6: Görüntüleme yöntemlerinin eksenel çözünürlüğü ve görüntüleme derinlikleri

Optik teknolojileri klinik ortama daha uygun hale getirmek için görüntüleme derinliği konusunun ele alınması gerekir. Görüntüleme derinliğine yönelik umut verici bir gelişme, minimal invazivlik için optik fiber problar yoluyla optik görüntülemenin sağlanmasıdır.

Biyomedikal görüntüleme, biyolojik süreçlerin görsel temsillerini oluşturmak için kullanılan ve klinisyenler ve araştırmacılar için önemli bilgiler sağlayan değerli bir araçtır. Optik görüntüleme teknolojilerindeki ilerlemeler, sağlık hizmetleri sonuçlarını iyileştirme ve bilimsel bilgiyi ilerletme potansiyeli sunuyor; klinik görüntülemenin geleceği parlak görünüyor.

kaynaklar

Figure 1: https://www.freepik.com/free-vector/medical-examination-icons-set_4411890.htm#query=xray%20icon&position=0&from_view=keyword&track=robertav1_2_sidr

Şekil 2: https://imagine.gsfc.nasa.gov/Images/science/EM_spectrum_compare_level1_lg.jpg

Şekil 3:

Sol - https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Confocalprinciple_in_English.svg#filelinks)

Doğru - https://www.flickr.com/photos/zeissmicro/26491464051/in/photostream/ )

Şekil 4:

Sol – StarFish Medikal

Right – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:MultiPhotonExcitation-Fig10-doi10.1186slash1475-925X-5-36.JPEG

Şekil 5:

Sol – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:OCT_B-Scan_Setup.GIF

Sağ – https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Retina-OCT800.png

Şekil 6: StarFish Medical

Referanslar

[1] Ulusal Biyomedikal Görüntüleme ve Biyomühendislik Enstitüsü (NIBIB), “Optik Görüntüleme,” [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.nibib.nih.gov/science-education/science-topics/optical-imaging. [Erişim tarihi: 28 Nisan 2023]. [2] Hochschule Koblenz Uygulamalı Bilimler Üniversitesi, “Doku Optiğine Giriş”, [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.hs-koblenz.de/mut/forschung-projekte/labore-projekte/labor-fuer-biomedizinische-optik/forschung/introduction-to-tissue-optics. [Erişim tarihi: 24 Nisan 2023]. [3] Yaşin ve. al., "Editörden: Nöro-onkolojide Optik Görüntüleme ve lazer teknolojileri" [Çevrimiçi]. Mevcut: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fonc.2022.1103711/full. [Erişim tarihi: 21 Nisan 2023].

Tammy Lee bir optik sistem mühendisidir. Optik sistemlerin araştırılması ve ürün geliştirilmesinde on yıldan fazla ticari deneyime sahiptir. Doktora derecesine sahiptir. Rochester Üniversitesi'nden Optik.


Bunu Paylaş…

Zaman Damgası:

Den fazla Denizyıldızı Medikal