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时间相关单光子计数法测量生物组织光学参数

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Ｔ ＡＮ ｎ －ｌ Ｄｏ ｇ ｉ ，ＭＡ Ｚｈ ｎ ＧＡＯ ｅｎ ｅ ｇ， Ｆ ｇ
（ｏｅ ｅ ｆ ｒ ｉｏ ｓ ｕ ｅ ｔ ｎ ｐ 一 ｌ ｔ ｎ ｓＥ ｇ ｅ ｒｇ Ｔａｊ ｎ ｅ ｉ， ｉ ｊ ００ ２ Ｃ ｉ ） Ｃ ｌｇ ｅ ｓ ｎ ｎｔ ｍ ｎ ａｄＯ ｔ ｅ ｃ ０ｉ ｎｉ ｅｉ ， ｉ ｉＵ ｉ ｒｔ Ｔａ ｉ３ ０７ ， ｈ ａ ｌ ｏＰ ｃｉ Ｉ ｒ ０ ｅｒ ｃ ｎ ｎ ｎｎ ｖ ｓｙ ｎｎ ｎ
利 用 激光 临床 观 察 生 物 组 织 体 吸 收 和 散射 等 的 变 化 ， 并
率 。对 于 输 入 脉 冲来 说 。 Ｐ 从 ＭＴ输 出 的 脉 冲 具 有 很 大 的 随 机
由此 测 量这 些 参 数 。 生 物 医学 成 像 ［ 诊 断 中具 有特 别重 要 在 １ ｌ 和
的 意义 。而 生 物 组 织对 ６ ０ １２０ ｍ 波 段 的 可见 光 与 近红 外 ５ ～ ０ ｎ
ｔ ｓ ｅ ａ ｅ ｄ ｓ ｕ ｓ ｄ ｉ ｃｕ ｉ ｇ ｉ ａ ｉ ｒｎ ｉ ｌ， ｏ ｏ ｅ ｔ ａ ｄ ｃ ｎ ｅ ｔ ｎ ｔｏ ｓａ ｐｙ ｎ ｅｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ． ｉ ｕ ｒ ｉｃ ｓ ｅ ， ｎ ｌ ｄ ｎ ｓｂ ｓｃ ｐ ｃｐ ｅ ｃ ｍｐ ｎ ｎ ｓ ｎ ｏ ｖ ｎ ｉ ａ ｍｅｈ ｄ ｐ ｌｉ ｇ ｔ ｅ ｈ ｏｏ ｓ ｔ ｉ ｏｌ ｈ ｙ Ｋｅ ｒ ｓ ｉ ｇｅ ｐ ｏｏ ； ｉ － ｅ ｏｖ ｄ ｏ ｔ ａ ｐ ｐ ｒ ； ｉｌ ｇｃ ｉｓ ｅ ａ ｓ ｒ ｔ ｎ ｃ ｅ ｉ ｉｎ ； ｃ ｔ ｒ ｇ ｃ ｅ ｃｅ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ｓ ｌ ｈ ｔ ｎ ｔ ｎ ｍｅ ｒ ｓ ｌ ｅ ； ｐ ｉ ｌ ｒ ｅｔ ｂｏ ｏ ｉａ ｔｓｕ ； ｂ ｏ ｐ ｉ ｏ ｆ ｃｅ ｔ ｓ ａ ｔｉ ｏ ｆ ｉｎ ｃ ｏ ｙ ｌ ｏ ｅｎ ｉ
文 献 标 识 码 ： Ａ 文章 编 号 ：０ ３ ８ ６ （０ ７ ０ — ０ ４ ０ １０ — ８ ８ ２ ０ ）４ ０ ２ — ２
Байду номын сангаас
理、 系统 组 成 以及 利 用该技 术测 量 生 物 组 织 体光 学参 数 的 常 用 方 法 。
关键词
中 图分 类 号 ：Ｈ７ ３ ３ ８ Ｔ ７ ； １ Ｒ
２ 时 间相 关 单 光子 计 数 测 量 系统 组成
的 早期 诊 断 ［ 。 目前 ， ３ １ 等 已经 发 展 起 来 的 利用 近红 外 光 测 量 生
物 组织 体 光 学 参 数 的 方 法 主 要 有 ： 续 光 法 嗍 频 域 法 、 间分 连 、 时 辨 法 。本 文 主要 介 绍 时 间 分 辨 法 中 的时 间相 关 单 光 子 计 数 法 的 基本 原 理 、测 量 系 统 的 组 成 以及 该 系统 应 用 于 确 定 生 物 组 织体 光 学 参 数 的 常用 方 法 。
曲 线顶 点所 对 应 时刻 的几 率 更 大 一 些 。 当时 间 原 点 被 准 确 确
定 后 ， 一 个 电子 脉 冲 相 对 于 原 点 的 时 间 被确 定 。 一 定 的测 每 在 量 时 间 内 ，不 同 的 电子 脉 冲按 照 它 们 到 达 时 刻 的 不 同 被 分 别 累计 到 不 同 的时 间通 道 内 ．从 而 得 到 与 输 入 的 原 始 波 形 一 致 的直 方 图 。
Ｄｅ ｅ ｔｏｎ ｆ ｔｃ ｌ ｒ ｅ ｔｅ ｆｂ ｏｌ ｇｉａ ｉｓ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｉ ｅ ｃ ｒｅ ａ ｅ ｔ ｃ ｉ ｏｒ ｏｐ ｉａ ｏｐ ｒｉｓ ｏ ｉ ｏ ｃ Ｉ ｓ ｕ ａ ｅ ｎ ｔｍ — ｏ ｒ ｌｔ ｄ ｐ ｔ ｓ ｎ ｌ — ｈ ｔ ｏ ｔｎ ｅ ｈｎ ｏ ｙ ｉ ｇ ｅ ｐ ０ ０ｎ ｃ ｕｎ ｉ ｇ ｔ ｃ ｏｌ ｇ
光 所 呈 现 的 窗 口特 征 。使 完 全 无 损 手 段 测量 组 织 体 内光 学 参 数 成 为 可能 ， 广 泛应 用 于 生理 和病 理 研 究 中 ， 括 测 定 血 氧 可 包
和 肌 氧 的含 量 ， 视新 生儿 脑 部 供 氧 状 况１ 监 ２ ］ 妇 女 乳 腺 肿 瘤 以及
维普资讯
一
综
述
时问相关单光子计数法测量生物组织光学参数
覃 东利 马 蕉 高 峰
（ 津 大 学 精 密仪 器 与 光 电 子 工程 学 院 天 津 市 天 摘要 ３０７） ００ ２
探 讨 了 目前 普 遍应 用 于测 量 生物 组 织 光 学 参数 的 时 间相 关 单 光 子计 数 检 测 技 术 ．详 细 阐述 了该 技 术 的 基 本 原 单光 子 ； 间分 辨 ； 学参 数 ； 物 组 织 ； 收 系数 ； 射 系数 时 光 生 吸 散
Ａｂ ｔａ ｔ ｏ ｓｕ ｓｏ ｍｅ ｃ ｒｅａ ｅ ｉ ｇ ｅ ｐ ｏ ｏ ｏ ｎ ｉ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｏ ｅ ｅ ｔ ｎ ｆｒｏ ｔ ａ ｐ ｏ ｅｔ ｓ ｏ ｉｌｇ ｃ ｓ ｒ ｃ Ｓ ｍｅ ｉｓ ｅ ｆ ｉ － ｏ ｒ ｌｔ ｄ ｓｎ ｌ － ｈ ｔ ｎ ｃ ｕ ｔ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ ｆｒｄ ｔ ｃｉ ｐ ｉ ｌ ｒ ｐ ｒｉ ｆ ｏｏ ｉ ａ ｔ ｎ ｏ ｏ ｃ ｅ ｂ ｌ
１ 时 间相 关 单光 子 计 数 基本 原 理
基 于 时 间 相 关 单 光 子 计 数 测 量 系统 的 组 成 如 图 ２所 示 ，
性 。这 就 意 味 着一 方 面 在 Ｐ Ｔ的 １ 输 入 脉 冲 周期 内有 时 可 Ｍ 个
以 探 测 出 １ 电脉 冲 ， 时 探 测 不 到 ； 一 方 面 ， 出 的 电 子 个 有 另 输 脉 冲 可 能位 于时 间扩 展 曲线 的任 意 时 间 ， 当然 ． 于 时 间 扩 展 位

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时间相关单光子计数荧光寿命测量中数据获取和处理

时间相关单光子计数荧光寿命测量中数据获取和处理

第18卷　第2期核电子学与探测技术Vo l.18N o.21998年3月N uclear Electr onics &D etectio n T echno lo gy M ar ch 1998时间相关单光子计数荧光寿命测量中数据获取和处理龚达涛　刘天宽　虞孝麒　沈广德　施朝淑　邓杰　杨炳忻(中国科学技术大学近代物理系,合肥,230027) 本文介绍了时间相关单光子计数荧光寿命测量中的数据获取系统和数据分析方法。

关键词:时间相关单光子计数　荧光寿命　最小二乘曲线拟合　多指数函数拟合1　引言时间相关单光子计数技术[1]是测量纳秒级荧光寿命的一种方法,具有时间分辨好,灵敏度高等优点,在物理学、化学、生物医学等领域有广泛的应用。

下面介绍我校物理系和近代物理系合作建立的一套时间相关单光子计数荧光寿命测量系统中的数据获取系统和数据处理方法。

图1　脉冲放电光源作为激发源的荧光谱仪的系统组成框图2　数据获取系统使样品产生荧光的激发源可以是激光、脉冲放电光、同步辐射光、放射源等。

图1是脉冲放电光源作为激发源的荧光谱仪的系统组成框图。

激发光单色仪和荧光单色仪分别选取合适波长的激发光和出射荧光。

调节光通量使进入光电倍增管的荧光为单光子。

样品发射荧光经光电倍增管、快放大器、恒比定时甄别器作为时幅变换器(TAC )的启动信号(START ),脉冲光源的光经光电倍增管、快放大器、恒比定时甄别器、延时器作为TAC 的停止信号(ST OP)。

用荧光作T AC的启动信号可避免有激发光无荧光时T AC 超时引起的死时间。

模数变换器(ADC )、微机输入接口卡和微计算机组成了计算机化的多道分析器,用以测量样品的荧光衰变时间谱。

微机输入接口卡还通过对两个恒比定时甄别器的输出信号计数来测量激发光和荧光的计数率,以监测样品的荧光激发效率。

其中微机输入接口卡是我们自行研制的。

荧光谱仪的时间分辨主要由光电倍增管、快脉冲放大器、恒比定时甄别器、TAC 、ADC 等部件的时间晃动决定。

生物医学光学中NADH荧光检测技术的发展

生物医学光学中NADH荧光检测技术的发展

生物医学光学中NADH荧光检测技术的发展张瑞;黄玉广;裴应玫;党昱东;张知;张建保;张镇西【摘要】As NADH(reduced nicotinamide adenine dinucleotide) has been discovered over five decades since 1962,the using of NADH and its technique for medical diagnosis and medical testing methods emerge in an endless stream,the field is also expanding.From the current research results,NADH has played an important role in the field of modern medical diagnosis and detection because of its unique nature.Especially in the area of non-destructively monitoring brain activity in real-time,recognizing different kinds of brain tissue clearly and effectively,resisting cells radiation damage,resisting the apoptosis induced by radiation,regulating many balances in the human body and regulating human body biological clock.This paper will focus on the important areas of the breakthrough in NADH researches and adhibitions.%NADH(还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸)自1962年被发现至今已有五十多年了,在此期间,运用NADH及其相关技术进行医疗诊断与医学检测的方式不断发展,领域也不断扩大.从当前的研究成果来看,NADH 因为其独有的性质在现代医学诊断与检测领域发挥了极大的作用,如实时、无损地监测脑部的活动;清晰、有效地识别不同种类的脑组织;抗细胞辐射损伤;抗辐射诱导的细胞凋亡;进行人体内的诸多平衡调节及人体生物钟调节等.本文将重点介绍在重要领域中的NADH研究和应用的突破.【期刊名称】《激光生物学报》【年(卷),期】2016(025)006【总页数】10页(P481-490)【关键词】NADH;荧光检测;生物医学;医疗仪器【作者】张瑞;黄玉广;裴应玫;党昱东;张知;张建保;张镇西【作者单位】西安交通大学生命科学与技术学院综合实践训练第十小组陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院综合实践训练第十小组陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院综合实践训练第十小组陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院综合实践训练第十小组陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院陕西西安710049;西安交通大学生命科学与技术学院陕西西安710049;西安交通大学生物医学信息工程教育部重点实验室、生物医学分析技术与仪器研究所陕西西安710049【正文语种】中文【中图分类】R318.51现代医学诊断主要依赖于化验项目和各种医疗仪器对病灶进行精准定位与判断，以及对组织病理生理状态的实时多参数评价。

时间相关单光子计数

时间相关单光子计数


如何 ?
光学特性
光学参数
从图中可以看到大约在 650-900nm有一个吸收 窗口，在这个波段内对 光的吸收很少，因此， 可以对组织用近红外进 行照射，此时可以光子 可以透过组织并探测到。
各种组织成分的吸收光谱
扩散光扩散方程[7]
其中： μa是散射系数, g是向异性因子, μs’是约化散射系 数μeff是衰减系数，I0是初始光源强度，R漫射(反射)光 强度，ρ光源到探测器距离，zo，zb，μeff，rl，r2都是μa， μs’的函数。
3.其他应用
1.光谱仪 成果： 亚纳秒荧光测量系统（中国科学院长春光学机械与物理研究所 2004） 皮秒时间相关单光子计数光谱仪研制（中国科学院长春光学机 械与物理研究所2003） 应用： 广泛应用于冶金、铸造、机械、金属加工、汽车制造、有色、 航空航天、兵器、化工等领域的生产过程控制，中心实验室成 品检验等，可用于Fe、Al、Cu、Ni、Co、Mg、Ti、Zn、Pb等多 种金属及其合金样品分析。可对片状、块状以及棒状的固体样 品中的非金属元素（C、P、S、B等）以及金属元素进行准确定 量分析。
多波长荧光实验
对若丹明6G和荧光素的混合物，同时记录得到的荧 光强度随时间和波长变化的曲线
时间相关单光子技术测荧光寿命的优缺 点
优点：在于灵敏度高、 测定结果准确、 系统误
差小， 是目前最流行的荧光寿命测定方法。
缺点：但是这种方法所用仪器结构复杂、 价格
昂贵、 而且测定速度慢， 无法满足某些特殊体系 荧光寿命测定的要求。
相对均匀的组织μs’可视为常数[2]
时间相 关单光 子计数
R
μa
光学特性
主要应用
乳房层析成像
例：乳腺癌检测[8] 脑成像 例：早产儿血样动力变化成像[9] 肌肉与骨骼的研究 例：骨骼的光学实验，肌肉组织中的血流动力学 和氧动力学的检测（例：心肌细胞动力研究[10]）
基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术

基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术


）≈ 〈 ） 〉 犘 狋 狋 λ（ ｆ（ 根据式 （ ） ， 得 ３ ）≈ 〈 ） 〉＝α〈 ） 〉 犘 狋 狋 犐（ 狋 λ（ ｆ（ 式中 ： 〈 ） 〉 为平均 光 强 ， 在［ 区间为超快速变化荧 犐（ 狋 狋 狋 ０， ｍ ａ ｘ］ 光光场衰变曲线 。 所以只要测得单个光电子到达时间概率 分布 ， 也就得到了微 弱 光 场 衰 变 曲 线 。 利 用 窗 口 鉴 别 器 开 设时间窗口 ，可以很方便地测量激发后不同 时 间区 间 的 荧 光光谱 ，就得到 了 时 间 分 辨 荧 光 光 谱 ， 如 图 １ 所 示。 要 对 样品进行荧光寿 命 成 像 ，必 须 逐 点 测 量 样 品 的 荧 光 寿 命 ， 把测量结果进行存储 ， 处理形成荧光寿命图像 。
］ ５ 波长的光子分布和图像坐标 ［ 。 色阶分布图存储器的地址 。 这样在存储器中建立起关于时间 、
时间测量通道的一个甄别器 Ｃ 另一个甄别 Ｆ Ｄ 接收探测器 的荧 光光子 到 达 的 时 间 作 为 起 止 时 间 ， 图 ２ 中 ，
第８期
盛翠霞等 ： 基于时间相关单光子计数的荧光寿命成像技术
结合应用于荧光寿命成像 。
１ 荧光寿命成像理论分析
处于激 发态的 荧光 分子 在 荧光寿命是指分子受到光脉冲激发后返回基态之前在激发态平均停留的时间 ， 退激发到基态的过程中发射荧光释放能量 ， 激发态荧光团荧光强度的衰减用数学式表达为单指数函数
狋 ）＝犐 （ （ ） 犐（ 狋 ｅ ｘ １ － ） ｐ ０ τ 式中 ： ） 是样品受到光脉冲激发后狋 时刻测量得到的强度 ； 是 分子 的 犐（ 狋 犐 ＝０ 时的强 度 ； τ 为平均 荧光寿 命 ， ０ 是狋 ［ ７］ 特征值 ， 定义为荧光强度衰减到初始值犐 ／ 荧光的 发射是一个 统计过 程 ， 很 ｅ时所需要的时间 。 实际上 ， ０ 的１