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1.
PLoS One ; 8(5): e64095, 2013.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-23724023

RESUMO

We introduce a multi-distance, frequency-domain, near-infrared spectroscopy (NIRS) method to measure the optical coefficients of two-layered media and the thickness of the top layer from diffuse reflectance measurements. This method features a direct solution based on diffusion theory and an inversion procedure based on the Levenberg-Marquardt algorithm. We have validated our method through Monte Carlo simulations, experiments on tissue-like phantoms, and measurements on the forehead of three human subjects. The Monte Carlo simulations and phantom measurements have shown that, in ideal two-layered samples, our method accurately recovers the top layer thickness (L), the absorption coefficient (µ a ) and the reduced scattering coefficient (µ' s ) of both layers with deviations that are typically less than 10% for all parameters. Our method is aimed at absolute measurements of hemoglobin concentration and saturation in cerebral and extracerebral tissue of adult human subjects, where the top layer (layer 1) represents extracerebral tissue (scalp, skull, dura mater, subarachnoid space, etc.) and the bottom layer (layer 2) represents cerebral tissue. Human subject measurements have shown a significantly greater total hemoglobin concentration in cerebral tissue (82±14 µM) with respect to extracerebral tissue (30±7 µM). By contrast, there was no significant difference between the hemoglobin saturation measured in cerebral tissue (56%±10%) and extracerebral tissue (62%±6%). To our knowledge, this is the first time that an inversion procedure in the frequency domain with six unknown parameters with no other prior knowledge is used for the retrieval of the optical coefficients and top layer thickness with high accuracy on two-layered media. Our absolute measurements of cerebral hemoglobin concentration and saturation are based on the discrimination of extracerebral and cerebral tissue layers, and they can enhance the impact of NIRS for cerebral hemodynamics and oxygenation assessment both in the research arena and clinical practice.


Assuntos
Testa , Modelos Anatômicos , Oximetria , Espectroscopia de Luz Próxima ao Infravermelho/métodos , Adulto , Algoritmos , Simulação por Computador , Humanos , Masculino , Método de Monte Carlo , Imagens de Fantasmas , Espectroscopia de Luz Próxima ao Infravermelho/instrumentação
2.
PLoS One ; 8(3): e58510, 2013.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-23516494

RESUMO

We present a method for depth discrimination in parallel-plate, transmission mode, diffuse optical imaging. The method is based on scanning a set of detector pairs, where the two detectors in each pair are separated by a distance δDi along direction δ D i within the x-y scanning plane. A given optical inhomogeneity appears shifted by αi δ D i (with 0≤ αi ≤1) in the images collected with the two detection fibers of the i-th pair. Such a spatial shift can be translated into a measurement of the depth z of the inhomogeneity, and the depth measurements based on each detector pair are combined into a specially designed weighted average. This depth assessment is demonstrated on tissue-like phantoms for simple inhomogeneities such as straight rods in single-rod or multiple-rod configurations, and for more complex curved structures which mimic blood vessels in the female breast. In these phantom tests, the method has recovered the depth of single inhomogeneities in the central position of the phantom to within 4 mm of their actual value, and within 7 mm for more superficial inhomogeneities, where the thickness of the phantom was 65 mm. The application of this method to more complex images, such as optical mammograms, requires a robust approach to identify corresponding structures in the images collected with the two detectors of a given pair. To this aim, we propose an approach based on the inner product of the skeleton images collected with the two detectors of each pair, and we present an application of this approach to optical in vivo images of the female breast. This depth discrimination method can enhance the spatial information content of 2D projection images of the breast by assessing the depth of detected structures, and by allowing for 3D localization of breast tumors.


Assuntos
Processamento de Imagem Assistida por Computador/métodos , Mamografia/métodos , Imagem Óptica/métodos , Mama/citologia , Análise Discriminante , Feminino , Humanos , Método de Monte Carlo , Imagens de Fantasmas , Adulto Jovem
3.
J Biomed Opt ; 14(5): 054027, 2009.
Artigo em Inglês | MEDLINE | ID: mdl-19895129

RESUMO

We present a quantitative near-IR spectroscopy study of the absolute values of oxygen saturation of hemoglobin before and after surgically induced testicular torsion in adult rabbits. Unilateral testicular torsions (0, 540, or 720 deg) on experimental testes and contralateral sham surgery on control testes are performed in four adult rabbits. A specially designed optical probe for measurements at multiple source-detector distances and a commercial frequency-domain tissue spectrometer are used to measure absolute values of testicular hemoglobin saturation. Our results show: (1) a consistent baseline absolute tissue hemoglobin saturation value of 78+/-5%, (2) a comparable tissue hemoglobin saturation of 77+/-6% after sham surgery, and (3) a significantly lower tissue hemoglobin saturation of 36+/-2% after 540- and 720-deg testicular torsion surgery. Our findings demonstrate the feasibility of performing frequency-domain, multidistance near-IR spectroscopy for absolute testicular oximetry in the assessment of testicular torsion. We conclude that near-IR spectroscopy has potential to serve as a clinical diagnostic and monitoring tool for the assessment of absolute testicular hemoglobin desaturation caused by torsion, with the possibility of serving as a complement to conventional color and spectral Doppler ultrasonography.


Assuntos
Diagnóstico por Computador/métodos , Hemoglobinas/análise , Espectroscopia de Luz Próxima ao Infravermelho/métodos , Torção do Cordão Espermático/diagnóstico , Torção do Cordão Espermático/metabolismo , Animais , Humanos , Masculino , Coelhos , Reprodutibilidade dos Testes , Sensibilidade e Especificidade
4.
Arq. bras. oftalmol ; Arq. bras. oftalmol;66(2): 177-181, mar.-abr. 2003. tab, graf
Artigo em Português | LILACS | ID: lil-336038

RESUMO

Objetivo: Determinar a freqüência de diferentes categorias diagnósticas em um laboratório de eletrofisiologia visual clínica de um hospital universitário. Métodos: Os pacientes participaram de um estudo transversal sendo submetidos a testes eletrodiagnósticos visuais entre outubro de 1998 e outubro de 2000 (N=570). Os exames de eletrorretinografia (ERG) foram realizados em 385 pacientes (68 por cento) e de potenciais visuais evocados (PVE) por reversão de padrão e/ou flashes e varredura em 185 pacientes (32 por cento). Resultados: Após avaliação da eletrorretinografia, as categorias diagnósticas mais freqüentes foram identificadas na seguinte ordem: retinose pigmentária, doença de Stargardt, distrofia de cones, degeneração do tipo cone-bastonete, retinotoxicidade devido a vários agentes (cloroquina, tamoxifeno, etc) e trauma ocular, além de perdas visuais de causas idiopáticas. Em 23 por cento dos casos, não foi possível obter o diagnóstico final ao primeiro exame. O grupo mais freqüente referido para o eletrorretinografia foi para documentar ou excluir as degenerações tapeto-retinianas (42 por cento). Neste grupo, 110 casos de retinose pigmentária foram identificados: 91 casos isolados e 19 sindrômicos. Para o exame de potenciais visuais evocados, as categorias diagnósticas mais freqüentes foram: doenças que afetam somente o nervo óptico (atrofia de nervo óptico, neurites ópticas, edema de disco óptico, etc); condições neurológicas afetando a via visual (esclerose múltipla, paralisia cerebral, trauma crânio-encefálico, tumores, etc), condições neurológicas e/ou doenças oculares pediátricas (catarata congênita, deficiência visual cortical, glaucoma congênito, etc), e opacidade de meios (leucoma, trauma ocular, etc.). Conclusões: A análise deste amplo grupo de pacientes, mostra as indicações mais freqüentes e significativas para registros eletrofisiológicos visuais e decisões diagnósticas. Vários diagnósticos podem ser de difícil conclusão sem os testes eletrofisiológicos visuais. Dentre essas doenças incluem-se estágios iniciais da retinose pigmentária, distrofia progressiva de cones, retinopatia tóxica sem alterações fundoscópicas, função de nervo óptico ou retiniana em opacidades de meios, envolvimento de nervo óptico em esclerose múltipla e avaliação da acuidade visual em doenças oculares infantis com ou sem alterações neurológicas.


Assuntos
Humanos , Masculino , Feminino , Doenças Retinianas/diagnóstico , Eletrofisiologia , Eletrorretinografia , Potenciais Evocados Visuais , Hospitais Universitários , Estudos Transversais , Nervo Óptico/fisiopatologia , Retina , Testes Visuais
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