Οπτική Τομογραφία Μωραΐτης Τιμολέων Επιβλέπουσα: κα Μακροπούλου Μ. Σ.Ε.Μ.Φ.Ε. – Ε.Μ.Π.

Τύποι Οπτικής Τομογραφίας Diffuse Optical Tomography Diffraction Tomography Optical Coherence Tomography

Diffuse Optical Tomography (DOT) ~15 χρόνια Κοντινό υπέρυθρο: 700nm<λ<900nm Μεταφορά ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας χαμηλής ενέργειας, μέσω οπτικής ίνας σε ένα μέρος της επιφάνειας του σώματος που εξετάζεται, Μέτρηση της διαδιδόμενης ή ανακλώμενης έντασης σε αποστάσεις μέχρι 10cm

DOT μ s : σταθερά σκέδασης μ a : σταθερά απορρόφησης Τυπικές τιμές για βιολογικούς ιστούς: 25cm -1 < μ s <100cm -1 0,01cm -1 < μ a <1cm -1

DOT - προκλήσεις Φως NIR στους βιολογικούς ιστούς, εκτός της απορρόφησης, ισχυρή σκέδαση: Πολύ μικρές ποσότητες φωτός διαδίδονται σε ιστούς όπως ο εγκέφαλος ή ο μαστός  ειδικές ανάγκες σε ανιχνευτές Οι τυπικοί αλγόριθμοι ανακατασκευής εικόνας δε δουλεύουν

DOT - μέδοδοι Time Domain Frequency Domain Steady State Domain

DOT-Time Domain Παλμός ps, διευρύνεται, χαμηλότερη ένταση Κορυφή  μέση διαδρομή φωτονίων~μ s Κλίση  μ a

DOT-Frequency Domain Ημιτονοειδώς διαμορφωμένηκατά πλάτος πηγή ~ MHz Μετρούνται Φ, Μ=(AC o /DC o )/(AC i /DC i ) Απλούστερο hardware

DOT-Steady State Domain Συνεχής εκπομπή φωτός στον ιστό, μέτρηση της διαδιδόμενης έντασης.

DOT-Σύγκριση Μεθόδων Χωρική ανάλυση: SSD<FD<TD Ταχύτητα: SSD>FD>TD

DOT-Ανακατασκευή Αλγόριθμοι οπισθοπροβολής. Αναλυτική μέθοδος. Γρήγορη. Χαμηλής ανάλυσης και ακρίβειας. Επαναληπτικές μέθοδοι, βασισμένες σε μοντέλα.

DOT-Εφαρμογές Απεικόνιση εγκεφάλου: αιματώματα, αιμορραγίες, εγκεφαλικά επεισόδια, λειτουργική απεικόνιση Απεικόνιση μικρών ζώων Απεικόνιση αρθρώσεων (ρευματοειδής αρθρίτιδα) Καρκίνος μαστού

Optical Coherence Tomography Συμβολομετρική τεχνική Εξαιρετικά υψηλής ποιότητας, υπομικρομετρική ανάλυση,3-διάστατη απεικόνιση οπτικά σκεδαστικών μέσων 3x βαθύτερα από confocal microscopy

OCT-Βασική ιδέα

OCT Τεχνική ηχούς. Θυμίζει την απεικόνιση με υπερήχους. 1-2mm βάθους.

OCT-εφαρμογές Οφθαλμολογία Δερματολογία Βιοψία Ενδοσκόπηση Οδοντιατρική Μη ιατρικές εφαρμογές

OCT - Παραλλαγές Doppler OCT Polarization-sensitive OCT Φασματοσκοπική OCT

OCT - Πλεονεκτήματα Εντυπωσιακή ανάλυση σε όλες τις διευθύνσεις. Μεγάλο βάθος πρόσβασης σε σκεδαστικά μέσα Μη επεμβατικό Λειτουργία χωρίς επαφή

Diffraction Tomography collimator HE-NE Laser Test tube with sample incident plane wavetransmitted wave Diffraction Plane d Magnifying Lens Magnified diffraction pattern

Diffraction Tomography Επίσης συμβολομετρκή τεχνική Παρόμοια με τη CT. Διαφορά: μήκος κύματος συγκρίσιμο με το χωρικό ρυθμό μεταβολής του δείκτη διάθλασης  Απαίτηση για διαφορετική προσέγγιση στη διάδοση της ακτινοβολίας

Diffraction Tomography Born approximation: ελαφρά σκεδάζοντα υλικά Rytov approximation: ομαλές ανομοιογένειες.

Diffraction Tomography - Επισκόπηση Filtering Backpropagation Induced Source Scattered Field Filtered Scattered Field Sum over Views Filtered Backpropagation Algorithm

Βιβλιογραφία Near-infrared diffuse optical tomography – A.H. Hielscher, A.Y. Bluestone, G.S. Abdoulaev, A.D. Klose, J. Lasker, M. Stewart, U. Netz and J. Beuthan – Disease Markers 18 – IOS Press 3-D Image Reconstruction in Optical Tomography - Xiaochun Yang & Berthold K.P. Horn - Artificial Intelligence Laboratory, Massachusetts Institute of Technology Optical tomography in medical imaging – S. R. Arridge – Inverse Problems 15 Optical coherence tomography—principles and applications – A. F. Fercher, W. Drexler, C. K. Hitzenberger and T. Lasser – Institute of Physics Publishing – Reports on Progress in Physics 66 Optical Coherence Tomography – Huang et. al. – Science, New Series, vol. 254 Optical diffraction tomography for high resolution live cell imaging - Yongjin Sung, Wonshik Choi, Christopher Fang-Yen, Kamran Badizadegan, Ramachandra R. Dasari, and Michael S. Feld – Optical Society of America Refractive-index measurement of gradient-index microlenses by diffraction tomography - Wolfgang Singer, Barbara Dobler, Horst Schreiber, Karl-Heinz Brenner, and Bernhard Messerschmidt – Optical Society of America A filtered backpropagation algorithm for Diffraction Tomography – A. J. Devaney – Ultrasonic Imaging 4 Electromagnetic Scintillation II: Weak Scattering - Albert D. Wheelon - Cambridge University Press Wikipedia.org Techonline.com