近红外光谱仪

Principles

利用 TCSPC 近红外光谱技术进行大脑和乳腺成像

漫反射光学断层成像 (DOT) 的目的是重建高散射介质的光学特性。近红外光谱（NIRS）是同一技术的同义词。DOT 的生物医学应用基于用近红外光照射厚组织，检测漫射透射光或反射光，或检测内源性或外源性荧光团的荧光。DOT 技术的典型应用包括光学乳房 X 射线照相术、脑成像和对小动物药物作用的无创研究。
尽管近红外 DOT 的空间分辨率较低，但其优点是测量的吸收系数与组织的生化结构有关，如血红蛋白浓度和血液含氧量。当使用外源标记物时，吸收或荧光可提供有关血流、血液渗漏或离子浓度的额外信息。
在通过连续照明和检测获得的图像中，很难区分散射和吸收的影响。如果使用脉冲光或调制光透射组织，并记录脉冲形状或透射光的振幅和相位，情况就会好得多。散射和吸收的变化对透射脉冲形状的一般影响如下图所示。

此外，利用时间分辨率还可以改善空间重建的选择：较早到达的光子在组织中的移动距离要短于较晚到达的光子。平均而言，它们通过组织的路径更直接。因此，时间分辨率可提供有关检测到的不均匀性所处深度的信息。
典型的临床应用是脑成像和乳腺成像。大脑成像通常在多源多探头装置中进行，乳腺成像则在扫描装置中进行。这些情况下的系统结构如下图所示。这些设置的共同点是，漫射光在不同光源-探测器组合或不同投射角度下由多个探测器记录。此外，还可使用多种激光波长，分别获取氧合血红蛋白、脱氧血红蛋白、水或外源吸收剂的数据。

上图所示乳腺 X 射线摄影装置的传输信号（飞行时间分布）如下图所示。如右图所示，曲线为三个不同投影角度的信号。

通过进行 x-y 扫描并记录扫描中每个点的飞行时间曲线，可以构建内部结构的图像。有不同的构建算法：时间门控、飞行时间分布矩的使用以及拟合算法。下图所示为通过时间门控对晚期光子进行拟合的（健康志愿者的）乳房 X 线照片。

更多信息、相关应用和参考文献，请参阅
bh TCSPC 手册，”漫反射光学断层成像 “一章：DOT、NIRS 和 fNIRS “一章。

References

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Products

Application Notes

• 含 Hamamatsu H15620 近红外 PMT 的 273 ps FWHM TCSPC 响应