光学乳腺成像（检测和监测乳腺癌）

简介

日本女性的乳腺癌发病率一直在增加。用于诊断和监测治疗反应的测量技术对于提高乳腺癌患者的生活质量 (QOL) 非常重要。近红外光谱法 (NIRS) 是一种无创测量技术，可以量化生物组织中的吸收和散射系数、血红蛋白浓度和组织氧饱和度，预期用于检测因乳腺癌生长或缩小而引起的参数变化。光学乳腺成像是一种专为乳腺测量设计的 NIRS 系统，将提供对乳腺癌的早期检测和更容易的监测。

时间分辨光谱测定

用于 NIRS 测量的光是波长范围为 700 nm 至 1100 nm 的近红外光，与其他波长的光相比，相对更容易穿过生物组织。照射到生物组织的光主要被血红蛋白、水和脂质吸收。氧合血红蛋白 (O2Hb) 和脱氧血红蛋白 (HHb) 的浓度可根据其特定吸收特性进行量化。组织氧饱和度 (StO2) 为 O2Hb 与总血红蛋白 (tHb) 的比值。我们使用了一种利用脉冲激光的测量技术，称为时间分辨光谱测定 (TRS)，与使用 CW 激光和强度调制激光的技术相比，该技术有望显示出更好的定量性和可再现性。

时间分辨光谱测定的原理

如图 1 所示，使用近红外脉冲激光照射生物组织，并检测通过组织的光。为了获得生物组织的吸收和散射系数，根据表达散射介质中的光子迁移的光子扩散理论来分析检测到的光的时间曲线。使用公式 (1)，\(O_2Hb\)、\(HHb\)、\(tHb\) 和 \(StO_2\) 是通过几个波长的吸收系数确定的。

\( \mu_{a}^{\lambda} \) = \( \varepsilon_{O_{2}Hb}^{\lambda} \) \(C_{O_{2}Hb} \)+\( \varepsilon_{HHb}^{\lambda} \) \(C_{HHb} \)+\( \mu_{a,BG}^{\lambda} \) (1)

\(\varepsilon_{O_{2}Hb}^{\lambda} \)：氧合血红蛋白摩尔消光系数 (\(cm^{-1}・\mu M^{-1}\))
\(\varepsilon_{HHb}^{\lambda} \)：脱氧血红蛋白摩尔消光系数 (\(cm^{-1}・\mu M^{-1}\))
\(\mu_{a,BG}^{\lambda} \)：背景介质吸收系数 (\(cm^{-1}\))
\(C_{O_{2}Hb} \)(\(\mu M\))：氧合血红蛋白浓度
\(C_{HHb}\)(\(\mu M\))：脱氧血红蛋白浓度
\(C_{tHb}\) = \(C_{O_{2}Hb}＋C_{HHb}\)(\(\mu M\))：总血红蛋白浓度
\(StO_2\) ＝100\(\times\frac{C_{O2Hb}}{C_{tHb}}\)(\(%\))：组织氧饱和度

图 1. 反射几何中的时间分辨光谱测定概念图。