Korištenje kosi incidenta lasersku zraku za mjerenje optičkih svojstava sluznicu želuca /submukoza tissue

Korištenje kosi incidenta lasersku zraku za mjerenje optičkih svojstava sluznicu želuca /submukoza tkiva
apstraktne pregled pozadine
svrhu istraživanja je odrediti optičkih svojstava i njihove razlike za normalan ljudski sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvora in vitro pregled na 635, 730, 808, 890 i 980 nm valne duljine lasera. pregled metoda
mjerenja su provedena pomoću detektora CCD, a optička svojstva su ocijenjeni od mjerenja pomoću prostorno riješen refleksije, i nelinearne montažu difuzije jednadžbe. pregled Rezultati
rezultatima mjerenja pokazala su da su apsorpcijski koeficijenti, smanjeni koeficijenti rasipanja , optički provarenost, koeficijenti difuzije, difuzne refleksije i pomaci difuzne refleksije uzoraka tkiva u pet različitih valnih duljina varira s promjenom valne duljine. Maksimalni koeficijent apsorpcije za uzorke tkiva je 0.265 mm -1 pri 980 nm, a minimalni koeficijent apsorpcije je 0,0332 mm -1 pri 730 nm, i maksimalne razlike u koeficijentima apsorpcije je 698% između 730 i 980 nm, a minimalna razlika je 1.61% između 635 i 808 nm. Maksimalno smanjuje koeficijent raspršenja za uzorke tkiva je 1,19 mm -1 pri 635 nm, a minimalna smanjena koeficijenta raspršenja je 0,521 mm -1 na 980 nm, i maksimalne razlike u smanjenju koeficijenata rasapa 128% između 635 i 980 nm, a minimalna razlika je 1,15% u dobi od 890 i 980 nm. Maksimalna dubina prodiranja optički za uzorke tkiva je 3,57 mm na 808 nm, a minimalni optički dubina prodiranja je 1,43 mm na 980 nm. Maksimalna difuzijska konstanta za uzorke tkiva je 0,608 mm na 890 nm, a minimalni difuzija konstanta 0,278 mm na 635 nm. Maksimalna difuzna refleksija je 3,57 mm -1 pri 808 nm, a minimalni difuzna refleksija je 1,43 mm -1 na 980 nm. Najveća promjena Δx difuzne refleksije je 1,11 mm -1 pri 890 nm, a minimalna smjene Δx od difuzne refleksije je 0.507 mm -1 na pregled, 635 nm. Zaključak
apsorpcijskih koeficijenata, snižene raspršivanja koeficijenti, optički provarenost, koeficijenti difuzije, difuzne refleksije i pomaci difuzne refleksije uzoraka tkiva u 635, 730, 808, 890 i 980 nm valne duljine variraju s promjenom valne duljine. Postoje velike razlike u optičkim svojstvima za uzorke tkiva na pet različitih valnih duljina (P izvoznici < 0,01). Pregled pozadini pregled Poznavanje optičkih svojstava za ljudski sluznicu želuca /submukoza tkiva u vidljivom području i blizu infracrvenog (NIR) raspon valnih duljina od velike je važnosti u medicini svjetlosnim [1, 2], na primjer, laser za zgrušavanje za liječenje ranog karcinoma želuca s intramucosal invazije, laserska ablacija liječenje submukozne raka želuca [3], fotodinamička ablacijsku terapiju ranih raka želuca [4], gastrointestinalne (GI) dijagnoze standardnom bijelo svjetlo endoskopije (WLE) i endoskopskog dijagnostici premalignih gastrointestinalnih lezija fluorescencijom endoskopske slike i spektroskopije [5-7], i nedavno razvijene optičke koherentne tomografije (listopad) [8-10] je izvijestila da slike GI tkiva in vitro i in vivo [11-13]. Zbog više od 85% svih rakova potječu u epitelu oblaganje unutrašnjih površina ljudskog tijela. Većina takvih lezija su lako izlječiv ako se dijagnosticira u ranoj države [14]. Osim konvencionalnih metoda dijagnoze raka [15-17], postoji potreba za razvoj novih pristupa koji su jednostavni, objektivno, i neinvazivan.
Uporaba optičkih tehnika za gastrointestinalne dijagnostičke svrhe ovisi o sposobnosti da se mjeri optička svojstva probavnog tkiva. U posljednjih nekoliko godina, sve veći skupina istraživača je bio zainteresiran za NEIONIZIRAJUĆE, u blizini infracrvenog (NIR) pristupa u otkrivanju i slike oboljelih tkiva. Predložene tehnike u rasponu od kontinuiranog vala [18, 19] na frekvenciji domeni [20, 21] ili mjerenjem rasipanja svjetlosti [22, 23] vremenski ovisila. Ove tehnike se temelji na određivanju optičkih svojstava raspršuju medij. Optička svojstva su zastupljeni s koeficijentom apsorpcije μ a, koeficijent raspršenja μ s, a anizotropija faktor g. budući da je optička otkrivanje i optičko snimanje se temelje na selektivnim razlikama koje postoje u optičkim svojstvima zdravih i patoloških tkiva, osobito je važno za dijagnozu svrhu. Na primjer, laser induciran autofluorescencija (LIAF) spektroskopija nađeno je da je perspektivan alat za rano otkrivanje raka u gastrointestinalnom traktu, uključujući i druge organe [24, 25]. Zbog toga tkiva optička svojstva zdravog i patološkog ljudskog probavnog tkiva važni su za medicinske primjene u dijagnostici i terapiji [26]. Usredotočili smo se u ovom radu na optička svojstva normalne ljudske sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvora na vidljivom i infracrvenom području valnih duljina. Rezultati su analizirani i uspoređeni s ovih eksperimentalnih podataka smo dobili.
Teorija pregled Mi koristimo jednostavnu dva izvora teorije difuzije model prostorno razdvojene, u stabilnom stanju difuzne refleksije [27]. Kada svjetlo uđe u polu-beskonačno tkivo, općenito će raspršiti nekoliko puta prije nego što bilo što se apsorbira ili bijega površinu tkiva na mjestima koja nisu mjesta ulaska u zemlju točke. Višestruko raspršena svjetlost koja bježi naziva difuzna refleksija. Wang i Jacques vjerujem da i normalne kose linije učestalosti, točniji izraz za duljinu staze od površine tkiva na pozitivni točkastog izvora je ono što su definirani kao 3D (D je koeficijent difuzije) umjesto 1 MFP '( MFP 'je prijevoz srednji slobodni put). Ta dva slučaja su dijagramom na ref. [28]. Difuzne refleksije profil za kosoj incidencije je centriran oko položaja točkastih izvora, pomak Δx po pronalaženju središte difuznog refleksije u odnosu na svjetlo ulaznu točku može se mjeriti. Kao što je slučaj za normalnu učestalost, širenje teorija modela, kada je pomaknut za Δx, također se slaže s Monte Carlo rezultira izvan 1-2 MFP 'od centra difuzne refleksije, što, važno je ponoviti, više se ne nalazi točka ulaza kao što je prikazano u ref. [28]. Model s dva izvora, s dubine 3D umjesto 1 MFP ', daje sljedeći izraz [27, 28]: (1), koji mogu biti umanjena samovoljno da stane relativnu refleksije profil koji nije u apsolutnim jedinicama. Gdje, μ eff je učinkovita koeficijent prigušenja, se definira kao (2) ρ pregled 1 i ρ pregled 2 su udaljene od dva izvora do točke od interesa (The . točka svjetlosti kolekcije, vidi Ref [28]), a rubni uvjet je uključen u rok od [28]: (3) gdje je (4) (5) n tkivo je indeks refrakcije tkiva, n okoline je indeks refrakcije od ambijenta, a n rel je relativna indeks loma tkiva i zraka. Laserska zraka je koso incident na gornjoj površini uzorka tkiva, gdje je, θ tkivo kut incident laserske zrake. D je koeficijent difuzije, može se izračunati iz Δx (6), gdje Δx je udaljenost između točke svjetlosti učestalosti i prividne centra difuzne refleksije. Prema Lin et al [28] Ovaj difuzijski konstanta jednaka (7) s J.! S 'smanjena koeficijent raspršenja, tj μ s (1-g), μ je koeficijent apsorpcije. Optička svojstva, μ A i μ s 'bili riješeni iz izraza, a izrazi J.! A i μ s' prikazane su kako slijedi (8) (9) Način kako bi se utvrdilo tkiva optička svojstva, μ a i μ s ', treba probati relativnu profil difuzne refleksije na poznatim pozicijama od svjetla ulaznu točku, i treba izračunati Δx i D, te je potrebno izvršiti nelinearnom najmanjih kvadrata uklapa u Levenberg-Marquardt metodom [29-31] u (1) do | i eff odrediti, a zatim je potrebno riješiti za J.! a i μ s 'iz izraza. Postupak opsežno je prikazan u Ref. [28].
Metode
Priprava uzorka pregled normalne ljudske sluznice želuca /submukozu tkiva u srčanom otvora su ispitani u ovoj studiji. Uzorci tkiva uzeti su iz 12 normalnih ljudskih želuca u srčanom otvora su određene iz histološki pregled odmah nakon ekscizije tkiva. Svaki uzorak uklonjen želudac odmah kratko ispran u fiziološkoj otopini da se ukloni suvišak površinski krv, oguli površine masti, stavi se u bočicu s fiziološkom otopinom, kao što je prije moguće, pohranjena je u hladnjaku pri -70 ° C. Iz uzoraka tkiva, ukupno 12 uzoraka normalne sluznice želuca /submukoze tkiva, s prosječnom debljinom od (10,32 ± 0,26 mm), korišteni su u roku od najviše 24 h Nakon ukloniti. Debljina svakog uzorka mjerena je i zabilježena kod kalibarskog šestara s pogreškom 0,02 mm. Svi uzorci tkiva su redom vadi iz hladnjaka prije mjerenja, postavljeni su na eksperimentalnim stolu na sobnoj temperaturi od 20 ° C jedan sat i zatim se mjeri sve uzorke otapanje tkiva pak pomoću nagnute laserskog snopa i CCD kamere, respektivno.
difuznih mjerenja refleksije tkiva pregled Slika 1 prikazuje shematski dijagram eksperimentalnog postava koja se koristi za mjerenje relativne profil difuzne refleksije, a tablica 1 prikazuje podatke o izvoru svjetla na eksperiment. Uzorci tkiva su osvijetljena usmjerena svjetlosna od 635, 730, 808, 890 i 980 nm valne duljine lasera, respektivno. Izlaz svih laserskog svjetla su se proširili po ekspandera snopa od 25 puta, a onda su oslabljena (na snazi ​​najviše 5 MW) uz svjetlost prigušivači, te su se odrazili strane ogledala, su prošli kroz pinhole 2 mm i 35,2 mm fokus objektiva, a zatim koso incident na vrhu površini uzorka sluznicu želuca /submukoza tkiva pod kutom od 45 stupnjeva između laserskih osi i okomice na površinu tkiva (α i = 45 °), odnosno , Mali komad prozirnog vladara (s milimetarskom gradacija) stavljena je na površinu uzorka za ljestvicu, a neki mature vladara je izravnati na središnji dio točke učestalosti laserske zrake, a diplome je označen kao podrijetlo x-koordinatu. S vrha uzorka s refleksija uzorak može se promatrati. Ovaj uzorak je je prikazan na 795 × 596 piksela dvodimenzionalni Charge Coupled Device (CCD) detektor (Nikon, Cool Pix, 995, Japan). Incident zraka može se promatrati kao najintenzivnije području na slici. Budući da je laserska zraka je koso na površinu remisije uzorak je asimetrična blizu točke upada, ali difuzne refleksije daleko od izvora formirana koncentričnih krugova, oko, a udaljenost između podrijetlu x-koordinate i središte koncentričnih krugova je udaljenost Δx, a također se izračunava središte koncentričnih krugova. Iz daljine Δx konstante difuzije može se izračunati pomoću (6), s D konstante difuzije u mm, Δx udaljenost u mm. Ovaj test se sastoji od ponavljanja deset puta refleksijske mjerenja, a izmjerene su rezultati ponovljivi za određeni uzorak na određene valne duljine. Za svaki test, položaji prema mjestu slučajnoj svjetlosti na površini uzorka izmijenjeni smanjiti učinak heterogenosti tkiva na mjerenjima refleksije i svaki ispitivanje u svakom laserom valne duljine je provedeno u istim uvjetima eksperimentiranja, a izlaganje vrijeme je postavljeno na 800 ms. Ukupno je bilo jedanaest uzoraka tkiva korišteni su za mjerenje in vitro. Stjecanje CCD Podaci su pod kontrolom na računalu radi. Obrada podataka i analiza podataka datoteke su provedena pomoću prilagođeni softver napisan u Matlab (Matlab, Mathworks Incorporated, Massachusetts) .table 1 vrsta, model laserskog i izlazne snage korištenja izvor svjetla na eksperimentu pregled izvor svjetlosti
Model
Snaga

635 nm valne duljine diodnog lasera pregled nLIGHT, SAD, model NL-FBA-2,0-635
P ≤ 5 mW
730 i 890 nm valne dužine Ti: S prsten laser
koherentan, SAD, model 899-05 pregled P ≤ 5 mW
808 nm valne duljine diodnog lasera pregled nLIGHT , SAD, model NL-FCA-20-808 pregled P ≤ 5 mW
980 nm valne duljine diodnog lasera pregled nLIGHT, SAD, model NL-FCA-30-980 pregled P ≤ 5 mW
Slika 1 Shematski prikaz eksperimentalnog set-up koji se koristi za mjerenje konstante difuzije i distribuciju difuzne refleksije svjetlosti. pregled, Statistička analiza pregled Optical parametara uzoraka biološkog tkiva su izraženi kao srednja vrijednost ± SD, su pokazali student t pregled -test, a razmatrane su značajne na p
vrijednosti < 0.01. SPSS10 se koriste za statističke analize. Pregled Rezultati
optička svojstva su izraženi kao srednja vrijednost ± SD za sva mjerenja za uzorke. Slike 2, 3, 4, 5, 6 i 7 prisutan je valna duljina ovisnost koeficijenta apsorpcije, smanjena raspršenja koeficijenti, optički provarenost, koeficijenti difuzije, difuzna refleksija i pomaci difuzne refleksije za normalnu sluznicu želuca /submukozi tkiva u srčanom otvora na pet različitih valnih duljina lasera, respektivno. Okomite crte odgovaraju vrijednostima standardne devijacije (SD), koji se određuje Student t-test pregled, a stupci pogreške pojavljuju se na 635, 730, 808, 890 i 980 nm valne duljine lasera za jasnoću i predstavlja jedan standardna devijacija u mju a, μ s ', δ, D, R ∞ i Δx vrijednosti. Slika 2 Valna duljina ovisnost koeficijenta apsorpcije | i a iz normalnih sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvor. U prazne točke odgovaraju prosječne apsorpcijski koeficijenti i vertikalne linije pokazuju vrijednosti SD.
Slika 3 valnu duljinu ovisnost smanjenih rasapa koeficijenata μ s 'normalnih sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvor. U prazne točke odgovaraju u prosjeku smanjene koeficijenata rasapa i vertikalne linije pokazuju vrijednosti SD.
Slika 4 optičke provarenost delta normalnih sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvora na 635, 730, 808, 890 i 980 nm. U prazne točke odgovaraju prosječnim optički provarenost a vertikalne linije pokazuju vrijednosti SD.
Slika 5 difuzijski koeficijenti D svjetlosti u normalnim sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvora na 635, 730, 808, 890 i 980 nm. U prazne točke odgovaraju prosječnim koeficijentom difuzije a vertikalne linije pokazuju vrijednosti SD.
Slika 6 difuzne refleksije R ∞ normalnih sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvora na 635, 730, 808, 890 i 980 nm , U prazne točke odgovaraju prosječnoj difuzne refleksije i vertikalne linije pokazuju vrijednosti SD.
Slika 7 pomak Δx od difuzne refleksije normalnih sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvora na 635, 730, 808, 890 i 980 nm. U prazne točke odgovaraju prosječnoj smjene Δx od difuzne refleksije i vertikalne linije pokazuju SD vrijednosti. Pregled Rasprava pregled optička svojstva biološkog tkiva ovise o svom biokemijskom sastavu i njegove stanične i substaničnog strukture. U vidljivom i infracrvenom rasponu, apsorpcijske sposobnosti se odnose na koncentraciju chromophores, kao što su oksihemoglobina i deoxyhemoglobin, masti i vode [32]. Takve kromoforima značajno razlikuju s metabolizmom tkiva [33]. Lomljenje svojstva se odnose na raspodjelu veličine stanica i organela koji su parametri korišteni za razliku normalno od abnormalnih tkiva u standardnom histopatologijom [34]. Stoga optičkih mjerenja imaju jak potencijal za razvoj neinvazivnim in vivo
medicinskih dijagnostičkih alata, koji se često naziva "optički biopsija". Takve tehnike treba značajno poboljšati učinkovitost biopsije ili pomoć u određivanju tumorskih marže u kirurškoj polju. Prema našim eksperimentalnim podacima, koeficijenata apsorpcije, smanjena raspršuju koeficijentima i optičkih provarenost, koeficijenti difuzije, difuzne refleksije i smjene difuzne refleksije za normalne sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvora na 635, 730, 808 , 890 i 980 nm određena in vitro. U našoj studiji, zanimljivo je napomenuti optička svojstva mjerene i njihove razlike za uzoraka tkiva na pet različitih lasera valne duljine. Vjerujemo optička svojstva treba pomoći da patološku dijagnozu i liječenje malignih i premalignih gastrointestinalne sluznice s lakoćom pomoću optičkih metoda.
Slika 2 i Slika 3 prikazuje apsorpcijska koeficijenata i smanjenje raspršenja koeficijenata uzoraka tkiva na pet različitih lasera valne duljine, odnosno. Na slici 2 i slici 3, može se vidjeti da su apsorpcijski koeficijenti uzorcima tkiva povećavaju s porastom laserskih valnih duljina, osim za koeficijent apsorpcije pri 730 nm i smanjenje rasipanja koeficijenti uzorcima tkiva smanjuje s porastom laserskog valnih duljina , Postoje velike razlike u koeficijentima apsorpcije u pet različitih lasera valne duljine (P izvoznici < 0,01). Najveća a minimalni koeficijenti apsorpcije su 0.265 mm -1 na 980 nm i 0.0332 mm -1 pri 730 nm. Najveća i minimalne razlike u koeficijentima apsorpcije su 698% između 730 i 980 nm i 1,61% između 635 i 808 nm. Tu su značajne razlike u smanjene koeficijenata rasapa u pet različitih lasera valne duljine (P izvoznici < 0,01). Najveća i najmanja smanjena raspršenja koeficijenti 1,19 mm -1 pri 635 nm i 0,521 mm -1 pri 980 nm. Najveća i minimalne razlike smanjenog koeficijenta raspršenja su 128% između 635 i 980 nm i 1,15% između 890 i 980 nm, respektivno.
Slika 4. pokazuje da su optički provarenost za uzoraka tkiva razlikuju s porastom lasera valnih duljina. Postoje velike razlike u optičkom provarenost u pet različitih lasera valne duljine (P izvoznici < 0,01). Maksimum i minimum optički provarenost su 3,57 mm na 808 nm i 1,43 mm na 980 nm, respektivno. Najveća i minimalne razlike od optičkih provarenost su 150% između 808 i 980 nm i 5,36% između 730 i 890 nm. Iz slike 5 može se vidjeti da se difuzijski koeficijenti tkivnih uzoraka razlikuju s povećanjem laserskih valnih duljina. Tu su značajne razlike u koeficijentima difuzije u pet različitih lasera valne duljine (P izvoznici < 0,01). Najveća a minimalni koeficijenti difuzije su 0,608 mm -1 pri 890 nm i 0,278 mm -1 pri 635 nm. Najveća i minimalne razlike u koeficijentima difuzije su 119% između 635 i 890 nm i 12,0% između 890 i 980 nm. Slika 6 pokazuje da je difuzne refleksije za uzorke tkiva smanjuju s povećanjem laserskih valnih duljina. Postoje velike razlike u difuzne refleksije na pet različitih lasera valne duljine (P izvoznici < 0,01). Maksimum i minimum 0,456 difuzne refleksije su pri 635 nm i na 980 nm 0.0732, respektivno. Maksimum i minimum razlike difuzne refleksije su 523% između 635 i 980 nm i 7,29% između 635 i 730 nm, respektivno. Na slici 7, može se vidjeti da je pomak Δx difuzne reflektancije za uzorke tkiva varirati s povećanjem laserskih valnih duljina. Tu su značajne razlike u smjeni Δx od difuzne refleksije na pet različitih lasera valne duljine (P izvoznici < 0,01). Maksimalni i minimalni pomak Δx difuzne refleksije su 1,11 mm na 890 nm i 0.507 mm na 635 nm, respektivno. Najveća i minimalne razlike u pomaku Δx od difuzne refleksije su 119% između 635 i 890 nm, a 11,7% između 890 i 980 nm.
Postoje značajne razlike u optičkih svojstava uzoraka tkiva između različitih valnih duljina lasera (P pregled < 0,01). Bashkatov, et al. [35] i Holmer et al. [36] su izvijestili optička svojstva želučane tkiva različite optičke mjerne metode, u podacima da se duljina ovisnost koeficijenta apsorpcije, smanjenog koeficijenta raspršenja i optički dubina penetracije ljudskog želuca zida sluznice su vrlo slične usporediti podatke Bashkatov, et al. i Holmer sur. s našim podacima u spektralnom rasponu od 600 do 1000 nm.
Zaključak
Zaključno, rezultati su izvijestili ovdje pokazuju da su razlike u optičkim svojstvima, a to su apsorpcijski koeficijenti, smanjeni koeficijenti rasipanja, optički provarenost , širenje koeficijenti, difuzne refleksije i pomaci difuzne refleksije za normalnu sluznicu želuca /submukoza tkiva u srčanom otvora na 635, 730, 808, 890 i 980 nm značajne su in vitro (P izvoznici < 0,01), i potencijal i obećanje pomoću kosi incidenta lasersku zraku za mjerenje optičkih svojstava tkiva za klinička ispitivanja. Tkiva raznih patologija imaju različite optičke karakteristike tkiva, a tkiva različitih mjesta za normalne ljudske želudaca imaju različite optička svojstva tkiva [2]. Preliminarni rezultati prikazani mogu se koristiti za razvoj optičke tehnologije i može biti koristan u ranijoj dijagnostici, fotodinamička i fototermalne terapije u probavnom traktu pregled Kratice pregled NIR. Pregled, u blizini infracrvenog Netlogu
GI: pregled gastrointestinalnog
WLE: pregled bijele svjetlosti endoskopije
listopad:
optička koherentna tomografija
LIAF: pregled laserski inducirane autofluorescencija
MFP ': pregled prijevoz srednji slobodni put

D: pregled koeficijenta difuzije
SD: pregled standardnih devijacija
deklaracija
Priznanja
autora zahvaljuje Nacionalnu zakladu prirodne znanosti Kine (točka broj 30470494; 30627003), i Zaklada Prirodoslovlje provincije Guangdong (predmet broj 7117865) za potporu ovo djelo.
Autora originalne dostavljeni datoteke za slike
Ispod su linkovi na autora originalnih dostavljenih datoteka za slike. Izvorna datoteka za Slika 1 12876_2008_356_MOESM2_ESM.pdf autorskim 12876_2008_356_MOESM1_ESM.pdf autora izvorne datoteke za sliku 2 12876_2008_356_MOESM3_ESM.pdf autorskim izvorne datoteke za sliku 3 12876_2008_356_MOESM4_ESM.pdf autora izvorna datoteka za Slika 4 izvorne datoteke 12876_2008_356_MOESM5_ESM.pdf pisaca za lik 5 12876_2008_356_MOESM6_ESM.pdf autora izvorna datoteka za slika 6 12876_2008_356_MOESM7_ESM.pdf autorskim izvorne datoteke za slike 7 suprotstavljenih interesa
autori izjavljuju da nemaju konkurentne interese. pregled

• Palijativna distalni gastrektomije ne nudi opstanak korist preko gastrojejunostomy za rak želuca s izlaznom opstrukcijom: retrospektivna analiza 11-godišnjim iskustvom
• Resekcija distalnog karcinoma želuca cijev s sentinel čvora biopsije: prikaz slučaja i pregled literature