多颜料光学模型设计的新平台
当科学家开发用于医学诊断、手术或基于光的治疗的新光学技术和仪器时，这些技术和仪器需要通过广泛的测试进行验证和校准。测试运行通常在“光学幻影”上进行，“光学幻影”是专门设计用于模拟特定类型组织的物体。模型有助于完成多项任务，包括校准、工具分辨率评估和后处理算法验证。
虽然理想的体模应该在整个光谱范围内准确响应目标组织，但目前的技术无法实现这一点。现代光学幻影只能模拟目标组织的一些特性，而且也只能模拟一个窄波段。虽然这对许多成像技术来说已经足够了，但各种新兴的混合模式和新型仪器都依赖于更宽的波长带来获得组织光学特性(例如，吸收和散射)。
这种情况需要一种新的光学模型设计，可以更忠实地再现代表性组织。在最近 发表在 《生物医学光学杂志》 (JBO)上的一项研究中，范德比尔特大学的研究人员提出了一个创新平台来生产这种自适应光学模型。他们的想法围绕在制造体模时添加多种颜料，这样在环氧树脂固化后，最终材料的光学特性将准确反映目标组织的光学特性。该过程类似于如何通过组合多种固定颜料来使五金店的油漆与任意目标颜色相匹配。
研究人员首先表征了将 20 种市售颜料以不同浓度单独添加到环氧树脂样品中时的光学响应。通过这种方式，他们量化了每种色素对不同波长下幻影的散射、基线吸收和吸收峰的贡献程度。然而，这提出了一个重要问题：每种色素需要多少才能匹配一组给定的组织特性?为了回答这个问题，研究人员使用优化技术来计算每种情况下的最佳颜料混合物。
为了展示使用他们的平台设计的模型的性能，他们接下来进行了一系列广泛的验证实验。首先，他们制作了与取自尸体的人体肌肉和神经组织的整体吸收和散射相匹配的模型。在此之后，他们制作了具有不同漫反射值的体模，这是某些成像技术中的一个相关参数。这些幻影成功地模仿了苍白和黑化皮肤类型的漫反射。最后，研究人员使用他们的多色素方法来创建模拟特定浓度发色团的模型。在这种情况下，幻影代表血红蛋白中不同水平的氧饱和度。
总的来说，验证实验的结果看起来非常有希望，生成的模型准确匹配目标组织的所需属性，误差最小。“作者提供的方法可能成为自适应光学模型开发的新标准，”JBO 副主编、蒙特利尔理工学院工程物理学教授 Frédéric Leblond 评论道，“生物医学光学技术正在进入需要高度适应性的发展阶段。标准化以符合各种行业和监管标准，最终导致临床翻译和采用，因此这项工作是及时和重要的。”
简而言之，这个创新平台可以帮助解决目前阻碍新医学成像技术的各种与幻影相关的问题。随着时间的推移，这将转化为更好的基于光学的诊断和治疗。
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