Med användning av en sned infallande laserstråle för att mäta de optiska egenskaperna hos magslemhinnan /submucosa vävnad

Använda en sned infallande laserstråle för att mäta de optiska egenskaperna hos magslemhinnan /submucosa vävnad Bild Sammanfattning
Bakgrund
Syftet med studien är att bestämma de optiska egenskaperna och deras olikheter för normal mänsklig magslemhinnan /submucosa vävnad i hjärt öppningen in vitro-delar på 635, 730, 808, 890 och 980 nm våglängder av metoder sälja The lasermätningar.
utfördes med hjälp av en CCD-detektor, och de optiska egenskaperna bedömdes från mätningarna med hjälp av den rumsligt upplösta reflektans, och icke-linjär montering av diffusionsekvationen.
resultat
resultaten av mätningen visade att absorptionskoefficienterna, de reducerade spridningskoefficienterna, de optiska penetrationsdjup, diffusionskoefficienterna, den diffusa reflektans och förskjutningarna av diffus reflektans av vävnadsprover vid fem olika våglängder varierar med en förändring av våglängden. Den maximala absorptionskoefficient för vävnadsprov är 0,265 mm -1 vid 980 nm, och den minsta absorptionskoefficienten är 0,0332 mm -1 vid 730 nm, och den maximala skillnaden i absorptionskoefficienterna är 698% mellan 730 och 980 nm, och den minsta skillnaden är 1,61% mellan 635 och 808 nm. Den maximala reducerade spridningskoefficient för vävnadsprov är 1,19 mm -1 vid 635 nm, och den minsta reducerade spridningskoefficienten är 0,521 mm -1 vid 980 nm, och den maximala skillnaden i de reducerade spridningskoefficienterna är 128% mellan 635 och 980 nm, och den minsta skillnaden är 1,15% mellan 890 och 980 nm. Maximal optisk inträngningsdjup för vävnadsprov är 3,57 mm vid 808 nm, och den minsta optiska inträngningsdjupet är 1,43 mm vid 980 nm. Den maximala diffusion konstant för vävnadsprov är 0,608 mm vid 890 nm, och den minsta diffusionskonstant är 0,278 mm vid 635 nm. Den maximala diffusa reflektansen är 3,57 mm -1 vid 808 nm, och den minsta diffus reflektans är 1,43 mm -1 vid 980 nm. Den maximala förskjutning Ax av diffus reflektans är 1,11 mm -1 vid 890 nm, och den minsta förskjutning Ax av diffus reflektans är 0,507 mm -1 vid 635 nm.
Slutsats sälja The absorptionskoefficienter, de reducerade spridningskoefficienterna, de optiska penetrationsdjup, diffusionskoefficienterna, den diffusa reflektansen och de förskjutningar av diffus reflektans av vävnadsprover vid 635, 730, 808, 890 och 980 nm våglängder varierar med en förändring av våglängden. Det fanns signifikanta skillnader i de optiska egenskaperna för vävnadsprover vid fem olika våglängder (P Hotel < 0,01). Bakgrund
Kunskap om optiska egenskaper för den mänskliga magslemhinnan /submucosa vävnader i det synliga och nära infraröda (NIR) våglängdsområdet är av stor betydelse för medicinska tillämpningar med ljus [1, 2], till exempel laser koagulation för behandling av magsäckscancer tidigt med intramucosal invasion, laserablation terapi av submukosala magcancer [3], fotodynamisk ablationsbehandling av tidiga cancer i magen [4], gastrointestinala (GI) diagnos av standarden vitt ljus endoskopi (WLE) och endoskopisk diagnos av premaligna gastrointestinala lesioner av fluorescens endoskopisk avbildning och spektroskopi [5-7], och den nyligen utvecklade optisk koherens tomografi (oktober) [8-10] har rapporterats bild GI vävnader in vitro och in vivo [11-13]. På grund av mer än 85% av all cancer har sitt ursprung i epitelet lining de inre ytorna hos den mänskliga kroppen. Majoriteten av dessa skador är lätt behandlas om diagnosen i ett tidigt skede [14]. Bortsett från konventionella metoder för cancerdiagnostik [15-17], finns det ett behov av att utveckla nya metoder som är enkla, objektiv och icke-invasiv.
Användning av optiska tekniker för gastrointestinala diagnostiska ändamål bygger på förmågan att mäta den optiska egenskaper på gastrointestinal vävnad. På senare år har en ökande grupp forskare varit intresserad av ICKE, nära infraröda (NIR) tillvägagångssätt för att detektera och avbildnings sjuka vävnader. De föreslagna teknikerna varierar från kontinuerlig våg [18, 19] till frekvensdomänen [20, 21] eller tids beroende mätningar av spritt ljus [22, 23]. Dessa tekniker är baserade på bestämning av optiska egenskaper hos spridande media. De optiska egenskaperna representeras av absorptionskoefficienten μ a, spridningskoefficienten μ s och anisotropi faktorn g. eftersom den optiska detekterings- och optisk avbildning är baserade på selektiva skillnaderna i optiska egenskaper hos friska och patologiska vävnader, är det särskilt viktigt att diagnostiskt syfte. Till exempel har Laser-inducerad autofluorescens (LIAF) spektroskopi visat sig vara ett lovande verktyg för tidig cancerdiagnos i mag-tarmkanalen, inklusive andra organ [24, 25]. Följaktligen vävnads optiska egenskaperna hos frisk och patologisk human gastrointestinal vävnad är viktiga för medicinska tillämpningar inom diagnostik och terapi [26]. Vi fokuserar i denna uppsats på de optiska egenskaperna hos normal human magslemhinnan /submucosa vävnad i hjärt öppningen på det synliga och nära infraröda våglängdsområdet. Resultaten analyserades och jämfördes från dessa experimentella data vi fått.
Teori
Vi använder en enkel två-source diffusionsteori modell av spatialt upplöst, steady-state diffus reflektans [27]. När ljus kommer in en semiinfinit vävnad, kommer det i allmänhet sprida ett antal gånger innan antingen absorberas eller flyr vävnadsytan på en annan plats än dess ingångspunkt punkt. Den multipelt spritt ljus som kommer ut kallas diffus reflektans. Wang och Jacques tror att för både normal och sned infalls, är desto mer exakt uttryck för banlängden från vävnadsytan till den positiva punktkällan vad det har definierats som 3D (D är diffusionskoefficienten) snarare än en mfp '( mfp 'är transporten fria medelväglängden). Dessa två ärenden diagram i Ref. [28]. Den diffusa reflektansen profil för sned infalls är centrerat kring läget för punktkällorna, kan förskjutningen Ax genom att finna centrum av diffus reflektans relativt ljusingångspunkten mätas. Vilket är fallet för vinkelrätt infall, den diffusionsteori modellen, när skiftas med Ax, håller också med Monte Carlo resultat utanför 1-2 mfp "från mitten av diffus reflektans, som det är viktigt att upprepa, är inte längre på införselorten enligt Ref. [28]. De två-source-modellen, med ett djup på 3D i stället för en mfp ", ger följande uttryck [27, 28]: (1) som kan skalas godtyckligt för att passa en relativ reflektans profil som inte är i absoluta enheter. Om μ eff är den effektiva dämpningskoefficienten, definieras som (2) ρ
1 och ρ
2 är avstånden från de två källorna till den punkt av intresse ( . ljuspunkt samling; se ref [28]), och randvillkoret är inkluderad i termen A [28]: (3) där (4) (5) n vävnad är brytningsindex hos vävnaden, n omgivande är brytningsindex för den omgivande, och n rel är den relativa brytningsindex för den vävnadsluftgränssnittet. En laserstråle är snett infallande på den övre ytan av vävnadsprovet, var, θ vävnad är infallsvinkeln för laserstrålen. D är diffusionskoefficienten, det kan beräknas från Ax (6) där är Ax avståndet mellan punkten för ljusinfall och den uppenbara centrum av diffus reflektans. Enligt Lin et al [28] denna diffusion konstant är lika med (7) med μ s 'den reducerade spridningskoefficienten, dvs μ s (1-g), μ en absorptionskoefficienten. De optiska egenskaperna, μ en och μ s 'var löst från uttrycken och uttryck för μ en och μ s "visas på följande sätt (8) (9) Metoden att bestämma vävnads optiska egenskaper, μ en och μ s ', behöver prova den relativa diffusa reflektionsprofilen vid kända positioner från ljusingångspunkt, och behöver beräkna Ax och D, och behöver utföra en icke-linjär minsta kvadrat passar med Levenberg-Marquardt-metoden [29-31] på (1) för att bestämma μ eff, och då behöver lösa för μ en och μ s 'från uttrycken. Metoden detailedly visad i ref. [28].
Metoder
Provberedning
Normala humana magslemhinnan /submucosa vävnader i hjärt öppningen undersöktes i denna studie. Vävnadsprover togs från 12 normala humana magar i hjärt öppningen bestämdes från histologisk undersökning, omedelbart efter excision vävnaderna. Varje bort magen prov omedelbart sköljas kort i saltlösning för att avlägsna yta överskott av blod och avskalat ytan fett, placerades i en flaska med saltlösning så snart som möjligt, och förvarades i ett kylskåp vid -70 ° C. Från vävnadsprover totalt 12 normala magslemhinnan /submucosa vävnadsprover, med en genomsnittlig skikttjocklek på (10,32 ± 0,26) mm, användes inom högst 24 timmar efter bort. Tjockleken av varje prov mättes och registrerades med ett skjutmått med 0,02 mm fel. Alla vävnadsprover respektive tas ut ur kylskåpet före mätning, placerades på experimentell skrivbord på rumstemperatur av 20 ° C under en timme, och sedan alla upptining vävnadsprover mättes i sin tur med hjälp av en sned infallande laserstrålen och CCD-kamera, respektive.
diffus reflektans mätningar av vävnad
Figur 1 visar ett schematiskt diagram av experimentuppställning som används för att mäta den relativa profilen för diffus reflektans, och tabell 1 visar information om ljuskällan på experimentet. Vävnadsproverna belyses med parallellt ljus från 635, 730, 808, 890 och 980 nm våglängd av laser, respektive. Utsignalen från alla laserljus utökades av strålen expander av 25 gånger, och därefter dämpas (till en effekt på högst 5 mW) av ljusdämpare, och återspeglades av speglarna, passerades genom en 2 mm hål och en 35,2 mm fokus för linsen, och sedan snett infallande på den övre ytan av vävnadsprov magslemhinnan /submucosa i 45 graders vinkel mellan laseraxeln och normalen till vävnadsytan (α i = 45 °), respektive . En liten bit av transparent linjal (med millimetergraderingar) placerades på provytan för skalan, och en viss gradering av linjalen jämnades till den centrala delen av infallspunkten för laserstrålen, och graderingen betecknas som ursprunget för de x-koordinat. Från toppen av provet kan observeras en reflektionsmönster. Detta mönster avbildas på en 795 x 596 pixel tvådimensionell Charge Coupled Device (CCD) detektor (Nikon, Cool Pix, 995, Japan). Den infallande strålen kan iakttas som den mest intensiva område i bilden. Eftersom, laserstrålen var sned till ytan reflektionsmönstret var asymmetriska nära infallspunkten, men diffus reflektans långt från källan bildade koncentriska cirklar, ungefär, och avståndet mellan ursprunget för de x-koordinat och centrum för de koncentriska cirklarna är avståndet Ax, och centrum av de koncentriska cirklarna beräknas också. Från avståndet Ax diffusionskonstanten kan beräknas med användning av (6), med D diffusionskonstanten i mm, Ax avståndet i mm. Detta test bestod av att upprepa tio gånger reflektansmätningar, och de uppmätta resultaten var reproducerbara för en specifik prov vid specifik våglängd. För varje test var positionerna för fläcken av infallande ljus på provytan ändras för att minska effekten av vävnaden heterogenitet på mätningarna reflektans, och varje test vid varje laservåglängden utfördes i samma skick av experiment, och exponeringen tid var inställd på 800 ms. Totalt elva vävnadsprover användes för mätningarna in vitro. Förvärvs CCD uppgifter kontrollerades av en dator för ändamålet. databehandling och analys av datafiler utfördes med anpassad mjukvara skriven i Matlab (Matlab, Mathworks Incorporated, Massachusetts) .table 1 slag, modell av laser och effekt av att använda ljuskällan om försöket
ljuskälla
Model
Effekt
635 nm våglängd av diodlaser
Nlight, USA, modell NL-FBA-2,0-635
P ≤ 5 mW
730 och 890 nm våglängder av Ti: S ringlaser
sammanhängande, USA, modell 899-05
P ≤ 5 mW
808 nm våglängd av diodlaser
Nlight , USA, modell NL-FCA-20-808
P ≤ 5 mW
980 nm våglängd av diodlaser
Nlight, USA, modell NL-FCA-30-980
P ≤ 5 mW
Figur 1 Schematisk beskrivning av experimentuppställning som används för mätning av diffusionskonstanten och fördelningen av diffus reflektion ljus.
Statistisk analys
Optiska parametrar hos biologiska vävnadsprov uttrycktes som medelvärde ± SD, demonstrerades av en student t
-test, och ansågs signifikanta vid p
värden < 0,01. Den SPSS10 användes för den statistiska analysen.
Resultat
De optiska egenskaperna är uttryckta som medelvärde ± SD för alla mätningar för proverna. Figurerna 2, 3, 4, 5, 6 och 7 före beroende av våglängden absorptionskoefficienterna, de reducerade spridningskoefficienten, de optiska penetreringsdjup, de diffusionskoefficienter, den diffusa reflektansen och de förskjutningar av diffus reflektans för normal magslemhinnan /submukosa vävnader i hjärt mynning vid fem olika våglängder av laser, respektive. De vertikala linjerna motsvarar de värden för standardavvikelse (SD), som bestäms av en student t
-test, och felstaplar visas vid 635, 730, 808, 890 och 980 nm våglängder av laser för tydlighet och representerar en standardavvikelse i μ a, μ s ', δ, D, R ∞ och Ax värden. Figur 2 är beroende av våglängden absorptionskoefficienterna

• Palliativ distala gastrektomi ger ingen överlevnadsfördel över gastrojejunostomy för magsäckscancer med utlopp obstruktion: retrospektiv analys av en 11-årig experience
• Resektion av distala magsond cancer med sentinel node biopsi: en fallrapport och översyn av literature