混搭：多颜料光学模型设计的新平台

当科学家开发用于医疗诊断、手术或光治疗的新光学技术和仪器时，必须通过广泛的测试来验证和校准这些技术和仪器。测试运行通常在“光学模型”上进行，这些物体专门设计用于模拟特定类型的组织。Phantom 有助于执行多项任务，包括校准、工具分辨率评估和后处理算法验证。

虽然理想的幻影应该在整个光谱中与目标组织完全一致，但这以目前的技术无法实现。现代光学模型只能模拟目标组织的某些特性，并且只能在狭窄的波长范围内。尽管这对于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依赖于更宽的波长波段来实现组织光学特性(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，美国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。

他们的想法集中在制造模型时添加多种颜料，以便在环氧树脂凝固后，最终材料的光学特性将准确反映目标组织的光学特性。该过程类似于通过组合多种固定颜料来制作五金店油漆以匹配任意目标颜色的方式。

研究人员首先表征了20种市售颜料在不同浓度下单独添加到环氧树脂样品中的光学响应。通过这种方式，他们量化了每种颜料在不同波长下对幻影的散射、基线吸收和吸收峰的贡献程度。

然而，这提出了一个重要的问题：每种颜料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。

为了展示使用其平台设计的幻影的性能，他们接下来进行了一系列广泛的验证实验。首先，他们产生了与从尸体上取下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，他们产生了具有不同漫反射率值的模型，这是某些成像技术中的相关参数。

这些幻影成功地模仿了苍白和黑色皮肤类型的漫反射率。最后，研究人员使用他们的多色素方法创建了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。

总体而言，验证实验的结果看起来非常有希望，生成的模型以最小的误差准确匹配目标组织的所需特性。

“作者提供的方法可能成为自适应光学模型开发的新标准，”蒙特利尔理工学院工程物理学教授JBO副主编Frédéric Leblond评论道，“生物医学光学技术正在进入发展阶段，需要高度标准化以符合各种行业和监管标准，最终导致临床转化和采用， 因此，这项工作是及时而重要的。

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幻影相关问题。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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