生物组织光学窗口

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生物组织光学窗口

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近红外 (NIR) 窗口(也称为光学窗口或治疗窗口)定义了从 650 到 1350 纳米 (nm) 的波长范围,其中光在组织中具有xxx穿透深度。 在 NIR 窗口内,散射是最主要的光与组织相互作用,因此传播的光会迅速扩散。 由于散射增加了光子在组织内传播的距离,因此光子吸收的可能性也增加了。 由于散射对波长的依赖性较弱,因此 NIR 窗口主要受血液在短波长处的光吸收和水在长波长处的光吸收限制。 使用此窗口的技术称为 NIRS。 荧光图像引导手术等医学成像技术通常利用 NIR 窗口来检测深层结构

组织成分的吸收特性

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吸收系数 定义为每单位路径长度组织中光子吸收的概率。 不同的组织成分有不同的 μ a 值。 此外,μ a 是波长的函数。 下面讨论的是组织中最重要的发色团的吸收特性。 摩尔消光系数 是另一个用于描述组织中光子吸收的参数。 通过将 ε 乘以摩尔浓度和 ln(10),可以将 ε 转换为 μ a 。

血液

血液由两种不同类型的血红蛋白组成:氧合血红蛋白 ( H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} ) 与氧气结合,而脱氧血红蛋白 ( H b {\displaystyle Hb} ) 不与氧气结合。 这两种不同类型的血红蛋白表现出不同的吸收光谱,通常用摩尔消光系数表示。Hb 的摩尔消光系数在 420 nm 处有最高吸收峰,在 580 nm 处有第二个峰。 随着光波长的增加,其光谱逐渐减小。 另一方面,H b O 2 {\displaystyle HbO2} 在 410 nm 处显示出最高吸收峰,并在 550 nm 和 600 nm 处显示出两个次级峰。 当光波长通过 600 nm 时,H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} 吸收衰减比 Hb 吸收快得多。 H b {\displaystyle Hb} 和 H b O 2 {\displaystyle HbO_{2}} 的摩尔消光系数谱相交的点称为等吸光点。

通过使用两种不同的波长,可以计算出氧合血红蛋白 ( C H b O 2 {\displaystyle C_{HbO2}} ) 和脱氧血红蛋白 ( C H b {\displaystyle C_{Hb}} ) 的浓度

虽然水在可见光范围内几乎是透明的,但它在近红外区域变得吸收。 水是关键成分,因为它在人体组织中的浓度很高。 水在 250 至 1000 nm 范围内的吸收光谱。尽管在此光谱范围内吸收相当低,但它仍然有助于组织的整体衰减。

光学窗口

对组织的总吸收光谱贡献较小的其他组织成分是黑色素脂肪

黑色素

色素是一种存在于人体皮肤表皮层中的发色团,负责保护免受有害紫外线辐射。 当黑色素细胞受到太阳辐射的刺激时,就会产生黑色素。 黑色素是某些生物组织中主要的光吸收剂之一(尽管其贡献小于其他成分)。 黑色素有两种类型:黑褐色的真黑素和红黄色的褐黑素。

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  1. 生物组织光学窗口
  2. 组织成分的吸收特性
  3. 血液
  4. 黑色素

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