利用散射减轻剂提升近红外光学反射成像的深度与灵敏度

我们研究了散射减轻剂在连续波（CW）近红外（NIR）反射模式成像环境中的作用。我们使用食品级染料Tartrazine作为散射减轻剂，以增强CW漫散射测量中深度灵敏度和弱吸收体的可检测性。我们发现，当该染料用于鸡胸肉幽灵体上时，反射信号得到增强。然而，当该染料均匀溶解在intralipid幽灵体中时（这通常用于NIR成像研究），会看到反射灵敏度降低。这表明，随着染料从表层扩散而产生的折射率梯度，允许光子反射信号灵敏度增加。然而，当散射在幽灵体整个区域（如intralipid幽灵体）中均匀减轻时，未观察到改进的反射灵敏度。我们的研究表明，Tartrazine染料引起的散射调制导致光子显著重新分布。我们显示在反射成像中对信号灵敏度的显著提升。为阐明染料诱导的散射减轻在组织中的机制，采用解析扩散模型和蒙特卡罗仿真。建模结果显示，由于染料扩散产生的折射率梯度增强了反射灵敏度。这些发现表明，染料诱导的散射减轻为提高CW漫散射测量中的深度灵敏度提供了实用、低复杂度的方法，扩展了CW-NIRS系统用于深层组织感知应用的功能。我们的初步研究显示，在2-3厘米深度的信号灵敏度可提高最高可达五倍。