高衰减组织相似图谱下组织结构的 Mie 散射：实验与蒙特卡罗验证
医学物理
2025-01-03 v1 生物物理
光学
摘要
意义：许多疾病过程都会导致组织结构的变化，如癌性肿瘤边界和烧伤损伤。 terahertz 光的光谱和极化变化由 Mie 散射模式引起，可能成为诊断标记。目标：我们 presented 对蒙特卡罗模拟的 Mie 散射分析，用于模拟癌性肿瘤丝枝 (tumor budding) 的极化 terahertz 光的散射，比较模拟结果与在相似图谱模型中获得的实验结果，并呈现对 ex vivo 猪瘤烧伤损伤的极化敏感 terahertz 扫描分析。方法：使用蒙特卡罗模拟，我们对高度衰减组织中的散射颗粒导致的扩散强度和极化程度变化进行了建模。我们从该模型中提取组织的 Mueller 矩阵，并分析 Lu-Chipman 积分类解矩阵。我们将该模型与来自四个相似图谱的实验数据进行比较，这些图谱由嵌入在明胶中的不同尺寸的丙烯酰胺颗粒组成。最后，我们在 ex vivo 猪皮肤样本中诱导完整深度烧伤损伤，并将烧伤区域和健康区域的实验数据进行比较。结果：模拟显示了不同散射颗粒尺寸下 Stokes 矢量和 Mueller 矩阵元素的对比。实验相似图谱结果显示，不同尺寸散射颗粒在极化程度和扩散强度上的对比，与蒙特卡罗模拟结果一致。最后，我们在 ex vivo 猪皮肤的烧伤和健康区域之间演示了类似的扩散成像信号对比。结论：极化 terahertz 成像有潜力检测由生物学疾病过程引起的结构变化。
引用
@article{arxiv.2501.00630,
title = {Mie scattering due to tissue structures in the terahertz regime: Experimental and Monte Carlo verification using diffused polarimetric imaging in highly attenuating tissue phantoms},
author = {Erica Heller and Kuangyi Xu and Zachery Harris and M. Hassan Arbab},
journal= {arXiv preprint arXiv:2501.00630},
year = {2025}
}