quang phổ và chụp ảnh bằng phát xạ huỳnh quang cận hồng ngoại trong môi trường và mô bất kỳ

quang phổ và chụp ảnh bằng phát xạ huỳnh quang cận hồng ngoại trong môi trường và mô bất kỳ

QUANG PHỔ VÀ CHỤP ẢNH BẰNG PHÁT XẠ HUỲNH QUANG CẬN HỒNG NGOẠI TRONG MÔI TRƯỜNG VÀ MÔ BẤT KỲ Nhóm Ngày 26 tháng 05 năm 2011 NỘI DUNG • • • • • • GIỚI THIỆU LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN CHỈNH SỬA ẢNH PHỔ HỒNG NGOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG ỨNG DỤNG GIỚI THIỆU CHUNG • Phần lớn phương pháp phổ hiển thị hình ảnh dựa yếu tố quang học phụ thuộc chủ yếu vào tín hiệu tán xạ đơn khơng tán xạ • Hướng mở rộng tập trung phát triển vào tương quan khơng gian thời gian • Với cách tính gần loại bỏ tín hiệu tán xạ tỉ số tín hiệu nhiễu (SNR) đạt giá trị nhỏ • Do có hạn chế nên ta cung cấp cách tổng quang việc làm tăng phát xạ huỳnh quang phổ quang học phương pháp hiển thị hình ảnh: phương pháp đo lường, lời giải cho vấn đề hiển thị hình ảnh trước sau chẩn đốn, đóng góp mặt lâm sàng hiểu biết để phát triển phương pháp phát xạ huỳnh quang TỔNG QUAN ĐỊNH LUẬT LAMBERT-BEER: I(λ) log = −µa ( λ ) L I0 ( λ ) N µa ( λ ) = 2.303∑ε iλ [ Ci ] i =1 λ : bước sóng ánh sáng I0(λ): cường độ ánh sáng tới I(λ): cường độ ánh sáng khơng bị hấp thụ µa[cm-1] : hệ số hấp thu Ci [mM]: mật độ ánh sáng hấp thụ TỔNG QUAN 12φ f ( xi ) f ( x j ) µ s ( λ ) = ∫ ∫ ∫ Fij ( n, xi , x j , λ ,θ ).Sij ( xi , x j , q, φ ) sin θ dx j dxi dθ k xi x j π ∞ ∞ µs : hệ số tán xạ λ : bước sóng θ : góc tán xạ φ : phần thể tích vi phân mơi trường • f(x) : mật độ kích thước phân tử • q : độ lớn vec-tơ sóng • • • • • Fij : hệ số dạng nhị phân phân tử có kích thước khác xi xj • n : thành phần chiết suất phần tử mơi trường • f(x) : mật độ kích thước phân tử TỔNG QUAN PHỔ HUỲNH QUANG VÀ THỜI GIAN SỐNG CỦA PHỔ HUỲNH QUANG • Phương pháp phổ huỳnh quang sử dụng miền thời gian hay sóng liên tục dựa hấp thụ ánh sáng kích thích • Thời gian sống phát xạ huỳnh quang τ chịu ảnh hưởng mối liên hệ tốc độ phân rã có xạ Γ khơng có xạ Γ + knr : τ= (Γ+knr ) TỔNG QUAN Cường độ phát xạ huỳnh quang Im nhận chiếu ánh sáng kích thích tới với cường độ không đổi: [ [C ]] ⋅ ∫ g (t )dt I m ∝ I α εi λx ∞ λx i • εiλ :hệ số tắt dần ánh sáng hấp thụ • Ci: mật độ ánh sáng hấp thụ λ : bước sóng huỳnh quang • g(t): đặc trưng cho phụ Ci: mật độ ánh sáng thuộc phân rã huỳnh hấp thụ quang theo thời gian • α : Hiệu suất lượng tử Γ α= Γ + k nr TỔNG QUAN Ở mức phân rã đầu tiên,  t g ( t ) = exp  −  động phân rã phát  τ xạ huỳnh quang có dạng: Trên thực tế, phát xạ huỳnh quang có động phân rã phức tạp  t g ( t ) = ∑a j exp − j =1   τj N g(t) tăng theo cấp số mũ: g(t) kéo dài theo hàm số mũ , biểu thị cho ta biết tắt dần va chạm mức phân rã: N [ g ( t ) = ∑ a j exp − α j ⋅ t − β j t j =1 ]     TỔNG QUAN Tuỳ thuộc vào g(t) khác mà ta có cơng thức cường độ phát xạ Im khác Cường độ phát xạ huỳnh quang khoảng thời gian không đổi: [ ] ∞ [ ]  t λx λx I m ∝ I α ε [ C i ] ⋅ ∫ exp  −  dt ∝ I α ε i [ C i ] τ  τ λx λx i Cường độ phát xạ huỳnh quang theo miền thời gian [ [ C ]] I m ( t ) ∝ I (δ )α εi λx λx i  t′ ′ ⋅ ∫ exp − dt  τ t CÁC PHƯƠNG PHÁP CƠ BẢN • Phương pháp đo sử dụng sóng liên tục (CW) miền thời gian (TDPM) • PP đo theo miền tần số (FDPM) CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG Hình bên: A) IDC, B) IAC , C) pha D) IAC/IDC điều chỉnh mục tiêu thời gian sống HQ(huỳnh quang) IDC phân biệt khác suy giảm động học hùynh quang CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG PHÉP ĐO LIÊN QUAN ĐẾN SÓNG PHÁT XẠ NỀN Trong cách tiếp cận , định kích cỡ hệ thống dị tìm đạt việc bình thường hố phép đo có mặt tính khơng đồng với xác dự đốn thiếu Tiêu biểu “ thiếu hụt” chất có mơi trường đồng dạng với tính chất quang học biết khơng đổi Cho phép đo FDPM tạo phách phép đo referenced cho phép loại bỏ đáp lại dụng cụ , chẳng hạn , phép đo phát xạ tới trường hợp : CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG PHÉP ĐO LIÊN QUAN ĐẾN SĨNG KÍCH THÍCH Cách tiếp cận thực phép đo liên quan đến trường hợp phát xạ khơng u cầu phép đo không thực tế riêng biệt khơng có tính đồng Sử dụng sóng kích thích điểm đơn , Lee Sevick-Muraca xây dựng lại thể tích 848 chứa tiêu điểm 111 tăng gấp 100 lần nồng độ ICG việc sử dụng nguồn kích thích , 24 đầu dị tập hợp ánh sáng kích thích đầu dị liên quan đến tập hợp ánh sáng CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG SỰ TRÌNH BÀY RÕ RÀNG VI PHÂN CỦA VẤN ĐỀ TẠO ẢNH NGƯỢC LẠI Cách thức thứ hai đến vấn đề tạo ảnh ngược lại trình bày rõ ràng phương trình vi Phương thức trình bày rõ ràng vi phân thay đổi nhỏ phép đo dự đoán trực tiếp biểu thị thay đổi nhỏ tính chất quang học sử dụng ma trận định thức JACOBI , J, Xem xét số máy dò tìm , M, lỗi giưã giá trị xác giá trị tính tốn máy dị tìm M: CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG Hình bên: Sự xây dựng lại sử dụng sóng kích thích cách tiếp cận xây dựng lại Marquardt –Levenberg Hình ảnh cung cấp sau phần nhắc lại 27 với phép đo hợp lý phần chuyển pha (RPS) (A) đồ quang học phân phối (B) xây dựng lại Giá trị đỉnh đạt đến 0.1205 cm-1 ( C ) đồ thị giá trị , SSE CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG Cho phương pháp Newton ngắn lại ,phép tính bổ sung cho tính tốn Hessian [được giúp đỡ phép lấy vi phân đảo ngược] Sử dụng liệu tổng hợp , Roy cho thấy tính khả thi việc sử dụng kỹ thuật cho việc xây dựng lại thời gian sống khơng gian chiều , hệ số hấp thụ, thay đổi frustrum đặc điểm hình học từ liệu có nhiễu từ thực nghiệm ỨNG DỤNG Hình bên: Chùm tia tới chiếu vào tuyến vú chó để kích thích huỳnh quang thu ánh sáng phát xạ từ bề mặt mơ Hình bên: Chỉ biên độ, pha sóng có bước sóng 830 nm xuyên sâu vào 1-2 cm tế bào sau 23 phút sau tiêm 1mg/kg ICG vào thể Hình bên: Cường độ ánh sáng huỳnh quang miêu tả theo thời gian biểu diễn minh họa đường cong sử dụng tác nhân vật lý ICG tác nhân HPPH • Biểu tương chứng tỏ kích thước tự nhiên đường cong chất khác tạo nên • Hình (A): cường độ ánh sáng huỳnh quang ICG vạch vệt bệnh • Hình (B): tác nhân vật lý chứa bên tham số theo thời gian cuả huỳnh quang lên ống phóng ICG vào vệt bệnh • Hình (C): HPPH vạch vệt • Hình (D): tác nhân vật lý chứa tham số theo thời gian cường độ ánh sáng huỳnh quang ống chứa HPPH vào vệt bệnh ỨNG DỤNG CHỮA TRỊ UNG THƯ VÚ Hình bên • Anh điểm 128*128 ánh sáng huỳnh quang CW • Biên độ Idc (hình A), biên độ Iac (hình B), hình C pha đồng hình D sóng điều biến phát ánh sáng huỳnh quang lên quầng thâm núm vú bên trái • Độ rọi hịan tồn mở cho việc dùng bước sóng 780 nm lazer Tần số vào khoảng 100MHz ỨNG DỤNG CHỮA TRỊ UNG THƯ VÚ • Khả nhận vệt huỳnh quang có hình bầu dục trịn cuả phương pháp FDPM dùng làm phương pháp chẩn đoán đánh giá cho bệnh nhân ung thu vú • Những bệnh nhân mắc bệnh ung thư vú đươc kiểm tra dự báo nguy tái phát Các bệnh nhân điều trị kịp thời phương pháp vật lý trị liệu • Sau q trình phẩu thuật bệnh nhân đươc kiểm tra sử dụng phương pháp MRI, chụp X quang, siêu âm • Hơn nữa, phương pháp dùng ánh sáng huỳnh quang ứng dụng phát triển việc nghiên cứu liên kết peptit, protein việc nhân vơ tính NHỮNG ỨNG DỤNG KHÁC: • Nghiên cứu liên kết liên kết peptit nhỏ: • Tạo chẩn đốn tác nhân phóng xạ • Hệ thống có hướng tăng NIR tiêm vào tế bào xương, cho phép NIR tạo hình ảnh dạng hình vanh động mạch bị xơ vữa, nhiều bệnh khác • Việc tổng hợp mục tiêu ứng dụng thuốc nhuộm tìm liên quan cùa ciệc dùng flurochome sử dụng màng, cụ thể biến dạng kích thích tăng trưởng xây dụng khả hấp thu florovhomes lysosomal • ”green-fluorescence-protein”đã chuyển đổi vạch tế bào khối u ,và di khối u ác tính để thực liệu pháp trị liệu NHỮNG ỨNG DỤNG KHÁC: Ánh sáng huỳnh quang NIR soi rọi tia X: • Những hội tăng thêm phát tia X phương thức cung cấp hình ảnh hạt nhân mà khơng có phóng xạ tac nhân NIR tương phản • Kĩ thuât X quang tái tạo diện rông chứng minh từ thí nghiêm tốt kiện nhân tạo • Cịn phương pháp nội soi cho hình ảnh khối rõ ràng • Cách thức phát triển tương lai tia X ứng dụng vào hình ảnh để chẩn đóan bệnh lâm sàng khả thi việc tạo hạt nhân XIN CÁM ƠN SỰ THEO DÕI CỦA THẦY VÀ CÁC BẠN Bài viết hoàn thành với tài liệu tham khảo ở: Biomedical Photonics Handbook, chương 33, Near-Infrared Flourescence Imaging and Spectroscopy in Random Media and Tissue ... phân rã chậm chất huỳnh quang kích hoạt nên phần xung phát xạ huỳnh quang không truyền môi trường ngẫu nhiên -> hiển thị hình ảnh ứng dụng tạo ảnh kính quang phổ chất huỳnh quang tồn thời gian... máy phát kích thích • Nhược điểm phát xạ lân quang có thời gian sống lâu huỳnh quang • Để thời gian sống tăng phát xạ huỳnh quang ta dùng tác nhân phản huỳnh quang (Ru(bpy)2/3+ ) CHỈNH SỬA ẢNH PHỔ... MIỀN THỜI GIAN (TDPM) • Khi xung phát xạ phóng đi, phát xạ huỳnh quang lớn điểm tia tới, suốt q trình, vị trí cực đại phát xạ huỳng quang lan truyền vào môi trường, giảm dần theo quy luật hàm