Imágenes ópticas difusas

La imagen óptica difusa ( DOI ) es un método de imagen que utiliza espectroscopia de infrarrojo cercano (NIRS) ^{[ 1 ]} o métodos basados ​​en fluorescencia. ^{[ 2 ]} Cuando se utiliza para crear modelos volumétricos 3D del material de imagen, la DOI se denomina tomografía óptica difusa , mientras que los métodos de imagen 2D se clasifican como imagen óptica difusa .

Esta técnica tiene numerosas aplicaciones en neurociencia, medicina deportiva, monitorización de heridas y detección de cáncer. Generalmente, las técnicas DOI monitorizan los cambios en las concentraciones de hemoglobina oxigenada y desoxigenada , y pueden medir adicionalmente los estados redox de los citocromos . Según su aplicación, también se la conoce como tomografía óptica difusa (DOT), ^{[ 3 ]} tomografía óptica de infrarrojo cercano (NIROT) o tomografía óptica difusa de fluorescencia (FDOT).

En neurociencia, las mediciones funcionales realizadas utilizando longitudes de onda NIR, técnicas DOI pueden clasificarse como espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) .

Los tejidos biológicos pueden considerarse medios altamente difusivos, ya que durante la propagación de la luz el fenómeno de dispersión predomina sobre la absorción en el rango espectral denominado "ventana terapéutica" . La migración de fotones en medios difusivos se describe mediante el modelo heurístico de la ecuación de difusión , que ofrece soluciones analíticas para algunas geometrías específicas. A partir de los coeficientes de absorción y dispersión medidos, es posible derivar las concentraciones de los principales cromóforos de los tejidos . ^{[ 4 ]}

La obtención de imágenes ópticas difusas puede implementarse en el dominio del tiempo , en el dominio de la frecuencia o en onda continua, en configuración de reflectancia o transmitancia.

Aunque la tomografía óptica difusa (DOT) permite una mayor profundidad de imagen —del orden de varios centímetros— en comparación con otras técnicas de imagen óptica, sufre de limitaciones clave, incluyendo una resolución espacial relativamente baja y tiempos de adquisición y reconstrucción de imágenes lentos ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ].}

Para superar estas limitaciones, se han propuesto varias mejoras en todo el proceso de obtención de imágenes. Estas incluyen avances en las estrategias de adquisición, ^{[ 5 ]} las técnicas de procesamiento de señales, ^{[ 6 ]} y los algoritmos de reconstrucción. ^{[ 7 ]}

La tomografía óptica difusa convencional (DOT) sufre degradación de la imagen debido a la alta dispersión de los tejidos biológicos, lo que resulta en un contraste deficiente y una localización de profundidad inadecuada. La tomografía óptica difusa de tiempo de vuelo confocal (TOF-DOT) soluciona este problema mediante la detección con compuerta temporal para recolectar selectivamente los fotones que llegan primero y que han seguido trayectorias más directas a través del tejido. Esto reduce la influencia de los fotones dispersados ​​múltiples veces y mejora la relación señal-ruido. ^{[ 6 ]}

El método TOF-DOT mejora la resolución y el contraste de la imagen, ofreciendo mayor claridad en las imágenes reconstruidas. Tanto las simulaciones como los estudios experimentales en fantomas de tejido han demostrado un rendimiento de imagen superior en comparación con los métodos DOT tradicionales. Sin embargo, esta técnica aún no se ha validado in vivo. ^{[ 6 ]}

• Tomografía óptica
• mamografía láser por tomografía computarizada
• Mamografía óptica difusa
• Imágenes ópticas difusas en neurociencia
• Ventana de infrarrojo cercano en tejido biológico
• Ecuación de transferencia radiativa y teoría de difusión para el transporte de fotones en tejido biológico
• Óptica difusa en el dominio del tiempo