针对血管氧化和组织代谢的单距离,单相频域NIRS:蒙特卡洛模拟研究
Muaaz Faiyazuddin1, Haiyang Tang1, Yiqing Hu1
1University of Texas at Arlington, Department of Bioengineering, Arlington, Texas, United States.
Journal of biomedical optics
|October 20, 2025
概括
一个新的频域近红外光谱 (FD-NIRS) 算法使用单次测量准确量化血红蛋白和细胞染色体c氧化酶 (CCO_redox). 这简化了代谢成像系统,在不牺牲准确性的情况下提供了成本效益.
科学领域:
- 生物医学光学 生物医学光学
- 代谢成像 - 代谢成像
- 频谱学是一种光谱学.
背景情况:
- 频域近红外光谱 (FD-NIRS) 能够量化血红蛋白,但需要复杂的多距离测量.
- 现有的FD-NIRS方法难以可靠量化细胞染色体c氧化酶 (CCO_redox),这是一个关键的代谢标记.
研究的目的:
- 为单源探测器 (S-D) 开发一种新的基于优化的算法,仅用于相位的FD-NIRS.
- 使用简化方法实现血红蛋白 (HbO,Hb) 和CCO_redox的准确量化.
主要方法:
- 实现了一个具有前向建模 (蒙特卡洛模拟) 和反向重建 (非线性优化) 的计算框架.
- 使用仅相位的FD-NIRS数据与边缘屏障规范化用于染色体度恢复.
- 与传统的多重分离方法比较了一种新的单一SD算法.
主要成果:
- 新的单相FD-NIRS算法在高达3厘米的S-D距离上表现优于传统方法.
- 从34.1%到5.1%的平均相对误差显著提高了CCO_redox估计的准确性.
- 在血红蛋白量化中达到了<10%的误差,消除了多距离的要求.
结论:
- 已验证的单分离阶段仅FD-NIRS作为多染色体量化的准确方法,包括CCO_redox.
- 实现了更简单,更具成本效益的FD-NIRS系统,并保留了代谢成像能力.
- 提高了非侵入性代谢监测和诊断潜力.
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