Odborné znalosti

Průzkum okna blízkého infračerveného zobrazování

2021-10-09
Fluorescenční zobrazování bylo široce používáno v biomedicínském zobrazování a klinické intraoperační navigaci. Když se fluorescence šíří v biologických médiích, útlum absorpce a porucha rozptylu způsobí ztrátu fluorescenční energie a snížení poměru signálu k šumu. Obecně řečeno, míra ztráty absorpcí určuje, zda „vidíme“, a počet rozptýlených fotonů určuje, zda „vidíme jasně“. Kromě toho jsou autofluorescence některých biomolekul a signálního světla shromažďovány zobrazovacím systémem a nakonec se stávají pozadím obrazu. Pro biofluorescenční zobrazování se proto vědci snaží najít dokonalé zobrazovací okno s nízkou absorpcí fotonů a dostatečným rozptylem světla.

Od roku 2009 akademik Hongjie Dai ze Stanfordské univerzity ve Spojených státech objevil, že optické okno biologické tkáně 1000-1700 nm (NIR-II, NIR-II) je porovnáváno s tradičními 700-900 nm (NIR-I). Okno, rozptyl světla biologické tkáně je nižší a zobrazovací efekt živého těla je lepší.

Teoreticky, protože optická dráha rozptýlených fotonů v biologických médiích je delší než u balistických fotonů, bude absorpce tkáňového světla přednostně spotřebovávat více rozptýlených fotonů, čímž dojde k potlačení rozptýleného pozadí.

Nedávno výzkumná skupina profesora Qiana Juna z Zhejiang University a jeho spolupracovníci objevili, že ve srovnání s blízkou infračervenou zónou 1 je absorpce biologické tkáně v okně blízké infračervené zóny výrazně zvýšena a efekt biozobrazování úzce souvisí. na světelnou absorpci vody. Na základě snížení rozptylového efektu se výzkumná skupina domnívá, že zvýšení absorpce vody je také klíčem ke zlepšení účinku blízkého infračerveného in vivo fluorescenčního zobrazování.

Na základě absorpčních charakteristik blízkých infračervených fotonů vodou výzkumná skupina dále zpřesnila definici druhé oblasti blízkého infračerveného záření na 900-1880 nm. Mezi nimi výzkumná skupina zjistila, že vysoká absorpce vody 1400-1500 nm, když je fluorescenční sonda dostatečně jasná, je zobrazovací efekt nejlepší a dokonce převyšuje uznávané blízké infračervené zobrazování sekund b (1500-1700 nm NIR-lib). Proto je pásmo 1400-1500 nm, které bylo zanedbáváno, definováno jako blízké infračervené okno dva x (NIR-IIx). Výzkumný tým se zaměřením na blízké infračervené okno double-x dosáhl hlubokého zobrazení mozkových cév myší a multifunkčního zobrazení hlubokých orgánů. Kromě toho výzkumná skupina pomocí simulačních výpočtů definovala 2080-2340 nm jako další zobrazovací okno v blízkém infračerveném pásmu – NIR-III (NIR-III).