数字仪器模拟器以优化超频谱系统的开发:用于手术内功能大脑映射的应用程序

科学领域:

• 神经科学是一个神经科学.
• 生物医学工程 生物医学工程
• 光学成像技术的成像

背景情况:

• 术内光学成像通过监测血液动力学和新陈代谢来评估大脑功能.
• 目前的方法因皮层光学属性变化和经验性光谱配置选择而面临量化错误.
• 在神经外科手术过程中,准确的手术内脑映射对神经外科手术非常重要.

研究的目的:

• 开发一个数字仪器模拟器,以优化超光谱成像系统,用于手术内脑映射.
• 为了确定监测大脑血液动力学 (血红蛋白) 和新陈代谢 (细胞染色体) 的最佳波长.

主要方法:

• 从真实图像中利用白色蒙特卡罗模拟暴露的皮质.
• 采用基于遗传算法的优化程序,在可见光和近红外光谱中找到最佳的波长组合.
• 模拟强度图和路径长度图像,以考虑光学属性中的同质性.

主要成果:

• 模拟器确定了18波长组合,使氧化血红蛋白,脱氧化血红蛋白和氧化细胞染色体c氧化酶的量化误差分别减少了47%,57%和57%.
• 这一优化的套件显著超过了121波长的黄金标准.
• 解决细胞染色体变化的改善是有限的,但氧化细胞染色体c氧化酶的分辨率得到了增强.

结论:

• 开发了一个数字仪器模拟器和优化框架,用于手术内脑映射中的高光谱系统.
• 这种方法可以指导用于神经外科手术的更准确,更高效的高光谱成像设备的设计.