本征光谱光声断层成像实现组织深层血氧定量成像
医学物理
2016-07-13 v1 计算机视觉与模式识别
光学
定量方法
摘要
由于组织光学性质对波长依赖的光衰减，在组织中传播的光会获得随位置变化的光谱，这种效应会导致光谱失真。预测组织中光通量的光谱变化具有挑战性，因为目前的方法无法以高分辨率或高精度分辨组织光学性质的空间分布。光谱失真从根本上限制了光学和光声方法的定量精度，并阻碍了长期以来追求的组织深层血氧饱和度（sO2）成像目标；这是评估生理过程和疾病中氧合状态的一个关键但至今仍未实现的目标。我们发现了一个关于组织中光通量的新原理，该原理将光通量的波长依赖性描述为少数参考基光谱的仿射函数，且与组织光学性质的具体分布无关。这一发现引入了一个此前未记录的概念，称为本征光谱多光谱光声断层成像（eMSOT），它可以在不显式了解组织光学性质的情况下有效补偿波长依赖的光衰减。我们在超过2000次模拟以及体模和动物测量中验证了eMSOT。我们发现eMSOT能够对组织sO2进行定量成像，在许多情况下比传统光谱光声方法的精度提高了10倍以上。然后，我们证明eMSOT能够空间分辨肌肉和肿瘤中的sO2，揭示了迄今为止无法获得的组织生理模式。最后，我们将eMSOT读数与癌症缺氧相关联，发现eMSOT肿瘤sO2图像与通过相关组织学分析获得的组织灌注和缺氧图谱之间存在一致性。
引用
@article{arxiv.1511.05846,
title = {Eigenspectra optoacoustic tomography achieves quantitative blood oxygenation imaging deep in tissues},
author = {Stratis Tzoumas and Antonio Nunes and Ivan Olefir and Stefan Stangl and Panagiotis Symvoulidis and Sarah Glasl and Christine Bayer and Gabriele Multhoff and Vasilis Ntziachristos},
journal= {arXiv preprint arXiv:1511.05846},
year = {2016}
}