82、生物光子学介入成像技术解析

生物光子学介入成像技术解析

在医学领域，光学成像一直是疾病诊断和治疗的核心手段。尽管20世纪发展出了CT、MRI、核医学等多种诊断成像方法，但光学成像的重要性依然不可替代。近年来，随着微创外科手术的革新，光学成像在简单的肉眼检测之外得到了更广泛的应用。本文将深入探讨生物光子学技术在介入成像中的应用。

光与组织的相互作用及白光成像

光与组织的相互作用主要通过吸收和散射两种机制进行。吸收作用取决于组织内光学活性分子的浓度和消光系数，其中氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白在可见光和近红外光谱区域具有独特的吸收光谱，对吸收起主导作用。此外，黑色素、脂质和水也是重要的吸收物质。由于许多疾病会导致血管或血液动力学的变化，因此通过成像组织的吸收特性可以检测这些变化，例如用于检测乳腺癌组织变化或实时监测大脑皮层激活。

然而，组织的光学散射对这些方法的实际应用产生了影响。组织的光学散射源于其分子组成，只要存在折射率变化，在微观和宏观尺度上都会表现出来。组织中存在大量的不均匀性，导致其散射系数较高，光在散射事件之间的平均自由程很短（约100微米），不过在近红外区域散射系数会降低。大部分散射属于“米氏”散射，主要向前散射，这虽然使得某些断层成像方法成为可能，但也限制了在较深组织中的空间分辨率。因此，除了光学相干断层扫描（OCT）和光声断层扫描（PAT）外，本文主要关注组织表面或浅层的成像。

在标准的临床组织成像中，使用反射白光进行肉眼或数字检测，观察到的通常是吸收和散射信息的组合。血红蛋白是组织颜色的主要来源，其颜色通过组织浅层散射后再反向散射被检测到，使组织呈现浑浊外观。同时，白光成像中常见镜面高光，表现为明亮的白色区域或斑点，这是由直接表面反射产生的，携带的只是白光光源的颜色信息，并且