اپتیک در مغز

اپتیک و مغز (مغز)

محققانی را که در تمام جنبه‌های اپتیک در مغز کار می‌کنند گرد هم می‌آورد و به عنوان یک انجمن برای بحث در مورد تکنیک‌های موجود و نوظهور و همچنین جهت‌گیری‌های آینده که قادر به ایجاد نور جدیدی بر مغز سالم و بیمار هستند، خدمت می‌کند.

فناوری‌های جدیدی را شناسایی کرده‌اند که می‌توانند مغز در حال کار را در تمام سطوح، از نورون‌های منفرد گرفته تا کل ارگانیسم‌های دارای رفتار، کاوش کنند. اپتیک یک جعبه ابزار منحصر به فرد برای تصویربرداری چند مقیاسی از مغز زنده و دست نخورده ارائه می دهد، در حالی که استراتژی های برچسب گذاری ژنتیکی جدید کنتراست نوری را با عملکرد عصبی فراهم می کند و اپتوژنتیک امکان کنترل عملکرد سلولی را با نور فراهم می کند.

این نشست با گرد هم آوردن یک گروه بین‌المللی از مهندسین، دانشمندان نوری و پزشکی، زیست‌شناسان، شیمی‌دانان و پزشکان برجسته، حوزه تحقیقاتی بسیار بین‌رشته‌ای این موضوع را منعکس می‌کند. 

راهنمای پاکسازی نوری بافت

راهنمای پاکسازی نوری بافت

چشم اندازهای جدید در تصویربرداری نوری

توضیحات کتاب

فوتونیک زیست‌پزشکی در حال حاضر یکی از سریع‌ترین زمینه‌های در حال رشد است که تحقیقات در فیزیک، اپتیک و مهندسی برق را با کاربردهای پزشکی و بیولوژیکی مرتبط می‌کند. این امکان را برای تجزیه و تحلیل ساختاری و عملکردی بافت ها و سلول ها با وضوح و کنتراست غیر قابل دستیابی با هیچ روش دیگری فراهم می کند.

با این حال، چالش‌های عمده بسیاری از تکنیک‌های بیوفوتونیک با نیاز به افزایش وضوح تصویربرداری حتی بیشتر از سطح زیر سلولی و همچنین ترجمه آنها برای مطالعات in vivo مرتبط است. روش پاکسازی نوری بافت از غوطه ور شدن بافت ها در مواد شفاف کننده نوری (OCAs) استفاده می کند که پراکندگی بافت را کاهش می دهد و بافت را شفاف تر می کند و از آن زمان تاکنون این روش با موفقیت مورد استفاده قرار گرفته است.

این کتاب مقدمه‌ای است برای پاکسازی نوری بافت، شامل اصول اولیه و کاربردهای بیولوژیکی آزمایشگاهی، از روش‌های پاکسازی نوری بافتی in vitro تا in vivo، و ترکیبی از پاکسازی نوری بافت و تصویربرداری‌های نوری مختلف برای تشخیص. این فصل ها طیف گسترده ای از مسائل مربوط به زمینه پاکسازی نوری بافت را پوشش می دهد: مکانیسم های پاکسازی نوری بافت در شرایط آزمایشگاهی و درون تنی. عوامل پاکسازی نوری سنتی و نوآورانه؛ دستاوردهای اخیر در پاکسازی نوری بافت های مختلف (از جمله بافت های پاتولوژیک) و خون برای تشخیص و درمان تصویربرداری نوری.

این کتاب گزارشی جامع از آخرین تحقیقات و امکانات استفاده از پاکسازی نوری به عنوان ابزاری برای بهبود اثربخشی تشخیصی روش‌های تشخیصی نوری مدرن ارائه می‌دهد.

مخاطب این کتاب، محققان بیوفیزیکدان، «دانشجویان فارغ‌التحصیل» و فوق‌دکتری‌های تخصص‌های زیست‌پزشکی، و همچنین مهندسان زیست‌پزشکی و پزشکان علاقه‌مند به توسعه و کاربرد روش‌های نوری در پزشکی است.

ویژگی های کلیدی:

اولین مرجع جمعی برای جمع آوری تمام دانش شناخته شده در مورد این موضوع

ویرایش شده توسط کارشناسان در این زمینه با کمک های فصلی از متخصصان حوزه موضوعی

دو رویکرد اصلی در پاکسازی نوری غوطه وری را در یک کتاب منسجم گرد هم می آورد

اپتیک بافت: روش ها و ابزارهای پراکندگی نور برای تشخیص پزشکی

شرح

این ویرایش دوم رشد شدید در اپتیک بافت - به ویژه، زمینه تشخیص و تصویربرداری بافت - را پوشش می‌دهد که از سال 2000 رخ داده است. همانطور که در نسخه اصلی، قسمت اول اصول و تحقیقات پایه را توضیح می‌دهد و قسمت دوم ابزار دقیق و کاربردهای پزشکی مواد جدید گسترده شامل نتایج مربوط به اندازه‌گیری ویژگی‌های نوری بافت، از جمله برهم‌کنش نور پلاریزه با بافت‌های کدر است. مروری بر تکنیک‌های جدید تصویربرداری پلاریزاسیون و طیف‌سنجی، توموگرافی کامپیوتری نوری (OCT) و برنامه‌های کاربردی. به روز رسانی در مورد کنترل خواص نوری بافت، و تعامل نوری و نوری آکوستیک نور با بافت. و توصیف فلورسانس، طیف‌سنجی‌های غیرخطی، و پراکندگی نور غیرکشسان.

کنترل خواص نوری بافت ها

9.1 اصول کنترل خواص نوری بافت و بررسی مختصر

9.2 غوطه وری نوری بافت توسط عوامل شیمیایی اگزوژن

9.2.1 اصول تکنیک غوطه وری نوری

9.2.2 حمل و نقل آب

9.2.3 تورم و هیدراتاسیون بافت

9.3 پاکسازی نوری بافت های فیبری

9.3.1 ویژگی های طیفی صلبیه غوطه ور

9.3.2 اندازه گیری های اسکلرال در شرایط آزمایشگاهی حوزه فرکانس

9.3.3 اندازه گیری های اسکلرال در داخل بدن

9.3.4 نظارت بر OCA و تحویل دارو در صلبیه چشم و قرنیه

9.3.5 غوطه ور شدن ماده سخت و سرعت انتشار عامل

9.4 پوست

9.4.1 مقدمه

9.4.2 اندازه گیری های طیفی آزمایشگاهی

9.4.3 اندازه گیری بازتاب طیفی در داخل بدن

9.4.4 اندازه گیری های درون تنی دامنه فرکانس

9.4.5 تصویربرداری OCT

9.4.6 تحویل OCA، نفوذ پوست و عملکرد مخزن

9.5 پاکسازی نوری بافت دستگاه گوارش

9.5.1 اندازه گیری های طیفی

9.5.2 تصویربرداری OCT

9.6 پاکسازی نوری سایر بافت ها

9.6.1 ماهیچه

9.6.2 سینه و ریه

9.6.3 استخوان جمجمه

9.6.4 عاج دندان

9.7 سایر تکنیک های نوری آینده نگر

9.7.1 اندازه گیری قطبش

9.7.2 میکروسکوپ کانفوکال

9.7.3 تشخیص فلورسانس

9.7.4 میکروسکوپ فلورسانس روبشی دو فوتون

9.7.5 نسل دوم هارمونیک

9.7.6 طیف سنجی ارتعاشی، رامان و CARS

9.7.7 پاکسازی بافت در محدوده تراهرتز

9.8 تصویربرداری از سلول ها و جریان های سلولی

9.8.1 تصویربرداری جریان خون

9.8.2 پاکسازی نوری خون

9.8.3 مطالعات سلولی

9.8.4 "خود پاکسازی" یا اثرات پاکسازی متابولیک

9.9 کاربردهای تکنیک غوطه وری بافت

9.9.1 سنجش گلوکز

9.9.2 خصوصیات بافت های عروقی آترواسکلروتیک

9.9.3 تصویربرداری نوری از غدد لنفاوی

9.9.4 جراحی لیزر فمتوثانیه دقیق

9.9.5 تصویربرداری خالکوبی پوست و حذف لیزر

9.10 تکنیک های دیگر برای کنترل خواص نوری بافت

9.10.1 فشرده سازی و کشش بافت

9.10.2 اثرات دما و انعقاد بافت

9.10.3 سفید کردن بافت

9.11 نتیجه گیری

انتشار نور پلاریزه در بافت ها

انتشار نور پلاریزه در بافت ها

2.1 مقدمه

2.2 ساختار بافت و ناهمسانگردی

2.3 پراکندگی نور توسط یک ذره

2.4 توصیف و تشخیص نور قطبی شده

2.5 تعامل نور با یک رسانه تصادفی تک پراکنده

2.6 معادله انتقال تابشی برداری

2.7 شبیه سازی مونت کارلو

2.8 بافت ها و فانتوم ها به شدت پراکنده می شوند

ویژگی های نوری بافت ها با پراکندگی قوی (چندین).

1.1 انتشار نور موج پیوسته در بافت ها

1.1.1 اصول اولیه و پراکنده ها و جاذب های اصلی

1.1.2 شرح نظری

1.1.3 تکنیک های شبیه سازی مونت کارلو

1.2 انتشار نبض کوتاه در بافت ها

1.2.1 اصول اولیه و پیشینه نظری

1.2.2 تکنیک های طیف سنجی و تصویربرداری با تفکیک زمانی

1.2.3 پس پراکندگی منسجم

1.3 امواج با چگالی فوتون منتشر

1.3.1 اصول اولیه و پیشینه نظری

1.3.2 اصول طیف سنجی FD و تصویربرداری از بافت ها

1.4 انتشار نور مدوله شده فضایی در بافت ها

1.4.1 مقدمه

1.4.2 تئوری و اندازه گیری طیف فرکانس فضایی نور منتشر

1.4.3 طیف سنجی مدوله شده فضایی و تصویربرداری از بافت ها

1.5 نتیجه گیری

اپتیک بافت: روش ها و ابزارهای پراکندگی نور برای تشخیص پزشکی

اپتیک بافت: روش ها و ابزارهای پراکندگی نور برای تشخیص پزشکی

ترجمه با مهندس شکوفه ساتری

شرح

این نسخه سوم از اپتیک زیست پزشکی کلاسیک اپتیک بافت ، رشد فشرده مداوم در اپتیک بافت - به ویژه، زمینه تشخیص بافت و تصویربرداری - را پوشش می دهد که از سال 2007 رخ داده است. همانطور که در دو نسخه اول، قسمت اول اصول و تحقیقات پایه را توضیح می دهد. ، و بخش دوم ابزار دقیق و کاربردهای پزشکی را ارائه می دهد. با این حال، برای راحتی خواننده، این ویرایش سوم به جای 9 فصل به 14 فصل سازماندهی شده است. فصول مربوط به توموگرافی انسجام نوری، هولوگرافی دیجیتال و تداخل سنجی، کنترل خواص نوری بافت ها، طیف سنجی غیرخطی، و تصویربرداری، همگی به طور اساسی به روز شده اند.

این کتاب برای محققان، معلمان و دانشجویان فارغ التحصیل و کارشناسی متخصص در فیزیک سیستم های زنده، اپتیک بیوپزشکی و بیوفوتونیک، بیوفیزیک لیزر و کاربردهای لیزر در بیوپزشکی در نظر گرفته شده است. همچنین می توان از آن به عنوان کتاب درسی برای دوره های فیزیک پزشکی، مهندسی پزشکی و زیست شناسی پزشکی استفاده کرد.

فانتوم های بافتی

خلاصه

ما در حال حاضر شاهد رشد مداوم علاقه به روش های نوری برای تشخیص و درمان پزشکی هستیم. دلیل این رشد این است که روش‌های نوری این مزیت را دارند که ذاتاً غیرتهاجمی هستند. بسیاری از گروه‌های تحقیقاتی روی پایه‌های نظری و تکنیک‌های اندازه‌گیری کار می‌کنند که امکان بازسازی ویژگی‌های نوری ذاتی بافت را از سیگنال‌های نوری (طیفی) که روی سطح اجسام بیولوژیکی اندازه‌گیری می‌شوند، می‌سازد. تشخیص و محلی‌سازی ناهمگنی‌های نوری، مانند تومورها و هماتوم‌ها، در اعماق بافت یک مثال است. مثال دیگر توسعه روش‌های درمانی مبتنی بر نور [به عنوان مثال فرسایش بافت انتخابی، تابش PUVA، و درمان فتودینامیک (PDT)، است که به ارزیابی میدان‌های شدت (فروختگی) در بافت یا اندامی که تحت درمان است نیاز دارد. با این حال، ارزیابی تکنیک‌های اندازه‌گیری و اعتبار پیش‌بینی‌های نظری در مورد انتشار نور در بافت‌ها در آزمایش‌های مستقیم روی اشیاء زیستی واقعی به سختی امکان‌پذیر است. فرد با تغییرات گسترده ای از پارامترهای مورفولوژیکی و بیوشیمیایی مواجه می شود که خارج از کنترل آزمایشگر است. اگر قرار است از تجهیزات تشخیصی به صورت روزانه استفاده شود، باید روش‌های کالیبراسیون پایدار و قابل تکرار توسعه داده شود. برای این منظور، اشیاء آزمایشی پایدار و قابل تکرار که ویژگی های نوری بافت را تقلید می کنند مورد نیاز است. توسعه تکنیک‌ها و فناوری پزشکی نوری در تمام مراحل، از توضیح مفهوم تا دستیابی به پارامترهای عملیاتی لازم، نیازمند کالیبراسیون و تأیید ابزار و روش‌های طراحی است. یک دستگاه پزشکی نوری باید با فانتوم های بافتی برای آزمایش و بهینه سازی سخت افزار و نرم افزار دستگاه با کاربردهای مختلف همراه باشد. برای آموزش پرسنل عملیاتی، حضوری و نگهداری؛ و برای ارائه قابلیت مقایسه داده های اندازه گیری به دست آمده با سخت افزارهای مختلف در آزمایشگاه های مختلف.

طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک در تحقیقات مغز چندوجهی

10 طیف‌سنجی فروسرخ نزدیک در تحقیقات مغز چندوجهی

10.1 مقدمه

      10.1.1 تصویربرداری عملکردی از مغز

      10.1.2 به سوی چندوجهی

10.2 تحقق NIRS در تنظیمات چندوجهی

      10.2.1 کلاهک های سر NIRS

10.3 fNIRS همراه با تکنیک های مختلف: امکانات و چالش ها

      10.3.1 fNIRS و تصویربرداری عصبی

      10.3.2 فشار خون و جریان خون مغزی

10.4 رویکردهای جدید و نمونه هایی از مطالعات چندوجهی کنونی

      10.4.1 ترکیب TCD با fNIRS

      10.4.2 توسعه fNIRS فراطیفی

      10.4.3 تصویربرداری مغز با استفاده از fNIRS همراه با هفت روش

10.5 بهبود تصویربرداری NIRS در عمق

      10.5.1 انتقال بافت های جمجمه در NIR

      10.5.2 پاکسازی نوری بافت ها

      10.5.3 انتشار OCA

      10.5.4 پاکسازی نوری جمجمه در داخل بدن

10.6 خلاصه فصل

منابع

11 اندازه گیری نوری

بخش اول: تعامل نور-بافت: جنبه های تشخیصی

1.1 مقدمه

1.2 خاموشی و پراکندگی نور در سیستم های پراکنده: رویکردهای نظری اساسی

1.3 روش های نظری برای محاسبات پراکندگی نور تک ذره

     1.3.1 پارامترهای اساسی برای پراکندگی نور تک ذره

     1.3.2 روشهای دقیق تحلیلی و عددی

          1.3.2.1 جداسازی متغیرها و روش های ماتریس T (SVM و TM)

          1.3.2.2 روش معادلات انتگرال (IEM)

          1.3.2.3 تقریب دوقطبی گسسته (DDA)

     1.3.3 نظریه های تقریبی

          1.3.3.1 تقریب ریلی

          1.3.3.2 تقریب Rayleigh-Debye-Gans (RDG).

          1.3.3.3 پراش غیرعادی (AD) و تقریب های مرتبط

     1.3.4 سایر روش ها و تقریب ها

1.4 انقراض و پراکندگی توسط ساختارهای انباشته و مرکب

     1.4.1 روش های تقریبی و DDA

     1.4.2 روش برهم نهی

     1.4.3 فرمالیسم ماتریس T برای پراکندگی خوشه

     1.4.4 دانه های فراکتال

1.5 انقراض و پراکندگی توسط ذرات تشدید پلاسمون

     1.5.1 رزونانس پلاسمون موضعی کره های فلزی کوچک

     1.5.2 نانومیله های فلزی

     1.5.3 نانوپوسته های فلزی

     1.5.4 رزونانس های پلاسمون جفت: نمونه های دو کره و زنجیره خطی

1.6 ساختار بافت و مدل های نوری مربوطه

     1.6.1 مدل های پیوسته و گسسته بافت ها

     1.6.2 شکل و اندازه ذرات در مدل های بافت گسسته

     1.6.3 ثابت های نوری بافت ها، ناهمگنی و نرمی نوری

     1.6.4 ناهمسانگردی بافت ها

     1.6.5 کسر حجمی ذرات

     1.6.6 اثرات نظم مکانی

     1.6.7 خواص فراکتالی بافت ها

1.7 پراکندگی نور توسط ذرات همبسته با بسته بندی متراکم

     1.7.1 تابع توزیع جفت g(r)

     1.7.2 پراکندگی نور توسط سیستمی از ذرات در تقریب پراکندگی منفرد

     1.7.3 ویژگی های زاویه ای برای پراکندگی نور پلاریزه

     1.7.4 ویژگی های طیفی سیستم های پراکندگی

     1.7.5 در نظر گرفتن اثرات پراکندگی متعدد در سیستم ذرات متراکم

     1.7.6 انکسار دوگانه سیستمی از ذرات ناهمسانگرد

1.8 کاربرد تئوری انتقال تشعشع در اپتیک بافت

     1.8.1 روشهای تقریب برای حل معادله انتقال تشعشع

          1.8.1.1 تقریب مرتبه اول

          1.8.1.2 تقریب انتشار

          1.8.1.3 تقریب زاویه ای کوچک

          1.8.1.4 نظریه شار

          1.8.1.5 معادله انتقال تابشی برداری

     1.8.2 شبیه سازی مونت کارلو

          1.8.2.1 مقدمه

          1.8.2.2 الگوریتم شبیه سازی

          1.8.2.3 محاسبه LSM برای سیستم پراکندگی چندگانه

          1.8.2.4 درجه قطبش خطی و دایره ای نور در تعامل با بافت ها

          1.8.2.5 شبیه سازی انعکاس دو بعدی و انتقال LSM

          1.8.2.6 شبیه سازی طیف های انتقال، بازتاب و پراکندگی

1.9 روش‌های نفلومتری و قطبش برای تشخیص اجسام زیستی

     1.9.1 روابط بین عناصر LSM: معیار دپلاریزاسیون

     1.9.2 وابستگی زاویه ای شدت پراکندگی نور غیر دپلاریزه

     1.9.3 اندازه گیری وابستگی های زاویه ای عناصر ماتریس پراکنده

     1.9.4 LSM برای برخی از اشیاء بیولوژیکی

     1.9.5 اثرات کاوش نور دایره ای و فعالیت نوری

1.10 کنترل خواص نوری بافت ها

1.11 نور قطبی دایره ای

1.12 خلاصه

منابع