پیشرفت اخیر در فن آوری های فوتونیک در حال تبدیل تشخیص های پزشکی غیر تهاجمی با ارائه قابلیت های جدید برای تشخیص و ردیابی شرایط بهداشتی با حداقل ناراحتی بیمار است، سیستم های مبتنی بر نور، از جمله لیزر، دیود های نوری و آشکارسازهای پیشرفته، در حال حاضر ارائه اطلاعات واقعی، دقیق در مورد حالت داخلی بدن بدون نیاز به نمونه های بافت یا برش، این نوآوری ها در تحقیقات نوری در تنظیمات بیولوژیکی و تشخیص سریع تر، و وعده های بالینی در دسترس تر.

بنیادهای Photonic Diagnostics

توانایی نور برای نفوذ به بافت های بیولوژیکی و تعامل با اجزای سلولی اساس تشخیص های فوتونیک را تشکیل می دهد. عکس ها جذب، پراکنده شدن و نوسان زمانی که آنها با ساختارهای مختلف بافتی مواجه می شوند، با تجزیه و تحلیل نور بازگشت، پزشکان می توانند در بافت های زیستی و مورفولوژیک، "پنجره نوری" در منطقه نزدیک مادون قرمز (تقریبا 6501-350) را به طور خاص، به طور دقیق، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، به طور کلی، تکنیک های نفوذ آب و بافت های نور نور نور نور نور نور تابش نور الکترونی که به طور کلی، کمک می کند.

روش های Photonic ذاتا غیر تهاجمی هستند: نور به صورت خارجی از طریق پوست، غشای موهوم یا بدن طبیعی استفاده می شود، بر خلاف اشعه ایکس یا اسکن سی تی، آنها از اشعه غیر تحریک کننده استفاده می کنند و آنها را برای استفاده مکرر ایمن می کند.این مشخصات ایمنی درب را برای غربالگری روتین، نظارت از بیماری های مزمن و راهنمایی در زمان واقعی در طول عمل جراحی باز می کند.

تکنیک های Photonic Core

دانلود بازی اپتیکی تاموگرافی (OCT)

OCT تصاویر مقطعی با وضوح بالا از بافت ها را با استفاده از تداخل کم (A) جذب می کند، رزولوشن مقیاس میکرومتر به عمق 1 تا 2 میلی متر، و آن را ایده آل برای تصویربرداری از شبکیه، شریان های کرونر و لایه های پوست را ارائه می دهد.درophthalmology، OCT استاندارد برای تشخیص رتینوپاتی دیابتی، دژنراسیون اولیه و کنتراست است که اکنون قابل تشخیص است.

Diffuse Optical Spectroscopy (DOS) و Diffuse اپتیکی (DOT)

DOS اندازه گیری می کند که چگونه نور مادون قرمز نزدیک پراکنده و جذب در بافت است. غلظت های اکسیژنated و deoxygenated هموگلوبین، آب، چربی ها و دیگر کرومووس را اندازه گیری می کند.این اطلاعات به ارزیابی متابولیسم بافت کمک می کند، تشخیص تومورها (که اغلب باعث تغییر و تغییر و کنترل عملکرد مغز می شوند. DOT گسترش DOS با بازسازی سه بعدی از خواص نظارت بر سرطان، شامل اکسیژن و تشخیص سرطان های بالینی، شامل.

تصویر برداری تصویری (PAI)

PAI ترکیبی از پالس های لیزر با تشخیص سونوگرافی است.هنگامی که یک پالس لیزر کوتاه (که توسط بافت جذب می شود، گرمای موضعی موج آکوستیک را تولید می کند که مبدل های سونوگرافی تشخیص می دهند. این روش هیبریدی کنتراست نوری بالا (حساسیت به هموگلوبین، ملانین و دیگر کروموفجت ها) را با وضوح در عمق چندین سانتی متر ایجاد می کند. Photoactic toogram (PAT) و فتوکپی (Fpsis) برای تشخیص های کبدی واقعی استفاده می کنند.

Raman Spectroscopy

Raman Specoscopy ارتعاشات مولکولی را با تجزیه و تحلیل نور پراکنده به طور غریزی پردازش می کند.این یک "اثر انگشت" از ترکیب بیوشیمیایی - پروتئین ها، چربی ها، اسیدهای هسته ای و متابولت ها را تشخیص می دهد.این تکنیک می تواند از بافت های سالم بدون برچسب ها، فعال کردن ارزیابی حاشیه ای واقعی در زمان واقعی، جلوگیری کند.

Fluorescence Spectroscopy و Lifetime Imaging

هنگامی که مولکول های خاصی (فلوروس) نور را جذب می کنند، آنها طول موج طولانی مدت را از فلوروفیلیک را مانند کلاژن، elastin و NADH منتشر می کنند که با بیماری ها تغییر می کنند. تصویربرداری طول عمر فلورنس (FLIM) کنتراست را بر اساس فعالیت متابولیک فراهم می کند، نشان دادن وعده برای تشخیص سرطان دهان و دهان زودرس (مانند نقشه برداری بومی) و سبز نیز استفاده می شود.

برنامه های بالینی در سراسر تخصص

ophthalmology

اتصال نوری نوری به منموگرافی همچنان به طور گسترده ای به ابزار تشخیصی فوتونیک در ophthalmology است، آن را فراهم می کند تصویر لایه شبکیه دقیق ضروری برای مدیریت انحطاط ماکولی مرتبط با سن، رتینوپاتی دیابتی و glaucoma. OCT آنژیوگرافی (OCTA) در حال حاضر امکان تجسم سه بعدی شبکه های تنگی شبکیه بدون تزریق رنگ، کاهش خطر به بیماران.

کارشناسی

Intravascular OCT از یک کاتتر برای تصویر شریان های کرونر با رزولوشن 10 تا 15 μm استفاده می کند، همچنین برای تشخیص پلاک های چربی آسیب پذیر برای تجسم ویژگی های پلاک، تجزیه و تحلیل درد بیماران اندازه گیری اکسیژن بافت مورد بررسی قرار می گیرد.

Oncology

روش های Photonic در حال تبدیل تشخیص سرطان و هدایت جراحی است. تصویربرداری نوری Diffuse FDA برای غربالگری سرطان پستان مکمل، به ویژه در بافت سینه فشرده که در آن ماموگرافی محدود است. Raman طیفوسکوپی و تصویربرداری تصویری تصویری تصویری فوتونی به جراحان کمک می کند تا حاشیه های تومور را در طول عملیات شناسایی کنند، کاهش نیاز به جراحی تکرار (FLT:0 ارزیابی حاشیه زمان واقعی).

پوست

میکروسکوپ های مخروطی (RCM) و OCT ارائه غیر تهاجمی " بیوپسی های نوری" از ضایعات پوست. RCM ارائه می دهد وضوح سطح سلولی برای تشخیص کارسینوم سلول های پایه و ملانوم بدون برش. Raman طیفوسکوپی همچنین می تواند تومورهای پوست را بر اساس امضاهای بیوشیمیایی طبقه بندی کند. این ابزارها تصمیم های غیر ضروری و سرعت تشخیص در کلینیک های پوستی را کاهش می دهد.

عصب شناسی

طیفوسکوپی نزدیک مادون قرمز (fNIRS) نظارت بر اکسیژن مغز و هلیومودینامیک از طریق پوست سر است.این در علوم اعصاب شناختی، توانبخشی و نظارت مغز تازه کار استفاده می شود. Diffuse طیفوسکوپی همبستگی (DCS) شاخص جریان خون مغزی را اندازه گیری می کند، با ارزش برای ارزیابی بیماران سکته مغزی و آسیب مغزی.

پیشرفت های تکنولوژیکی رانندگی پیشرفت

مینیاتوراسیون و تجهیزات قابل حمل

پیشرفت در لیزرهای نیمه هادی، سیستم های میکرومکانیکی (MEMS)، و مدارهای یکپارچه فوتونی سیستم های تشخیصی را از ابزارهای اندازه سبد دستی گرفته تا پروب های دستی و سنسورهای پوشیدنی کاهش داده اند. [Finger-winger-worn Raman طیفometers] و fNIRS سر باند برای نظارت مداوم مغز نمونه های قابل حمل هستند.

هوش مصنوعی و پردازش سیگنال

الگوریتم های یادگیری عمیق در حال حاضر داده های فوتونیک را تجزیه و تحلیل می کنند - چه تصاویر OCT، Raman طیفa یا سیگنال های فتوacoustic - برای تشخیص الگوهای بیماری به طور خودکار. AI بهبود دقت تشخیصی، زمان تفسیر را کاهش می دهد و به سیگنال های جداگانه از سر و صدا در محیط های پیچیده بافت کمک می کند.

سیستم های چند منظوره Photonic

ترکیب تکنیک های مکمل در یک ابزار، نقاط قوت خود را به کار می برد. پروب های OCT-photoacoustic به طور همزمان اطلاعات ساختاری و عروقی را ارائه می دهند. سیستم های Raman-fluorescence هر دو بیوشیمیایی و کنتراست متابولیک را ارائه می دهند.این سیستم های هیبریدی به ویژه در عصب شناسی ارزشمند هستند، که ناهمگنی تومور نیاز به انواع داده های متعدد برای شخصیت دقیق دارند.

چالش ها و محدودیت ها

علی رغم پیشرفت قابل توجه، تشخیص های فوتونیک قبل از استفاده بالینی معمول با موانع متعددی مواجه می شوند. Depth دخول به چند سانتی متر در اکثر تکنیک ها به دلیل پراکنده شدن و جذب معمول، که نمی تواند اندام های عمیق تر بدون دسترسی به اشیاء (از تنفس، ضربان قلب) کیفیت تصویر را کاهش دهد، به ویژه در بافت های تایید پویا در فرآیندهای پردازش کیفیت بالا (تنظیم کننده زمان دقیق) و نیاز به سرعت تشخیص سیگنال های سایت، و کاهش می دهد.

چشم انداز آینده

با نگاهی به جلو، فن آوری های فوتونیک آماده شده اند تا به طور جدایی ناپذیر به داروهای شخصی سازی شده و پیشگیرانه تبدیل شوند. محققان در حال توسعه سیستم عامل های " بیوپسی نوری" هستند که غربالگری سرطان را در تنظیمات کم منبع بهبود می بخشد. ادغام با تله پزشکی و تجزیه و تحلیل هوش مصنوعی مبتنی بر ابر می تواند تشخیص های سطح متخصص را به مناطق دور از دسترس قرار دهد. سنسورهای عکس های قابل تحمل ممکن است به طور مداوم گلوکز، lactate، یا حتی سلول های هشدار دهنده اولیه از تغییرات صوتی (مانند تصاویر صوتی و غیره) را قادر می سازد.

مرز دیگر ، که در آن سیستم فوتونی هر دو تشخیص و ارائه درمان (به عنوان مثال، Photodynamic Therapy تحت نظارت تصویربرداری از فلوسوری) بهبود می یابد، پیشرفت در عوامل کنتراست مولکولی، از جمله نانو ذرات هدف و کاوشگرهای پیشرفت، بهبود خاص بودن را بهبود می بخشد، زیرا اجزای فوتونی ارزان تر و قوی تر می شوند، و حتی بهبود می یابند.

برای مطالعه بیشتر، بررسی های کتابخانه دیجیتال و مقالات اخیر در Nature فوتونیک را در biophotonics بالینی ببینید.