手术切除肿瘤肿物是治疗癌症最常用的方法[ 1];然而，这些方法的精确性和有效性在医学上越来越具有挑战性[ 2]。手术中肿瘤的位置可通过明亮光线下的视觉检查和先进的外科导航系统(包括计算机断层摄影(CT)、磁共振成像(MRI)和术中超声)提供的信息来确定[ 3.]。然而，这些传统成像技术的准确性并不足以定位肿瘤，特别是隐藏肿瘤[ 4]。因此，迫切需要一种有效的工具，它允许以高灵敏度和特异性的嵌入式肿瘤术检测的发展。在过去的二十年中，出现了对肿瘤的定位光学测量由于其安全性和效率[日益增长的兴趣 5]。一些光学基于光谱的技术已经开发和测试，以满足这种需求[ 6]。荧光光谱是用于该目的的有希望的光模态之一[ 7]。它是在激发方面以及检测所述表面上的的出射信号的非侵入性技术。所测量的信号包含关于浓度和与该下层组织的功能和生理特性可定量地确定感兴趣的目标荧光团的位置信息。因此，荧光光谱法提供了一种用于区分健康组织和肿瘤组织[潜在光学技术 8]。

荧光光谱法已用于使用由卟啉IX（PpIX的）中提供的光学对比度之后的前药的施用肿瘤的手术，在肿瘤细胞中内源合成得到高度发展的 δ氨基乙酰丙酸（ALA），而PpIX的是在血红素周期的天然物质，其迅速从组织消除[ 9]。405nm的激光波长被原卟啉IX吸收。PpIX分子重新发射荧光光谱，在635 nm和704 nm处有明显峰值[ 10]。因此，原卟啉IX (PpIX)是一种光敏剂和荧光团，无论是用于实验性光基治疗，还是用于手术期间可疑组织的诊断评估[ 11]。

尽管如此，许多以前的研究都集中在浅表肿瘤开发的光学方法，以便肿瘤切除过程中显示正常和癌变组织之间的边界[ 12]。相比之下，有一些研究研究了肿瘤的荧光光谱和荧光信号在介质光传递中的影响。Swartling等[ 13[]研究了在一个光学幻影中，从地下荧光层发出的荧光信号的光谱变化。Svensson和Andersson-Engels也研究了利用蒙特卡洛模拟嵌入的荧光夹杂物引起的光谱变化[ 14]。最近，设计了宏观光学成像技术，用于估计光学组织模拟混浊介质中的荧光深度[ 15] as a 635 nm laser diode was used for excitation.

据我们所知，周围的光学性质对从皮下肿瘤检测到的荧光的影响还没有被彻底研究;因此，光系数的独立效应不需要单独量化。

目前工作的目的是实验研究深度分辨荧光光谱在组织模拟光学幻影包含嵌入ppix的荧光包裹体位于表面下的不同深度。讨论了吸收系数和散射系数对荧光信号的影响。

表示用于荧光测量的光学仪器的模式图在图中描绘了 1。Fluorescence inclusion was made of a cylindrical plastic tube filled with PpIX solution with a concentration of 3 mg/mL. The cylindrical inclusion has a length of 5 mm and diameter of 2 mm. The inclusions were buried in the turbid medium at different depths. All optical phantoms in this study were arranged in the 12-well microwell.

光源为405nm光纤耦合二极管激光器(0405nm 13A，集成光学公司)。(立陶宛)，激光功率在CW模式下以20mw的功率交付给样品。用于收集发射的荧光信号，直径为400的收集纤维(Ocean Optics Inc.) μ使用米。光纤被耦合到微型光谱仪（USB4000，海洋光学公司USA）。该光谱仪经由USB电缆连接到计算机，用于获取荧光光谱。所收集的光谱的再编码数据和信号处理，通过软件SpectraSuit（海洋光学公司，2011）控制。

光学体模模仿生物组织的光学特性的两组主要为了量化在荧光强度的光学特性的影响进行了研究。光学特性被定义为覆盖健康和癌性的脑组织的相应值。对于周围介质的吸收系数的效果，四套幻影被建立了。The values of absorption coefficient ranged between 0.5 and 2 mm⁻¹。对于每个吸收系数值，制作了5个光学幽灵的子集，对应于PpIX包裹体的5个深度，即1、3、5、7和10 mm。同样的，为了量化周围介质的散射效应，另外构建了四组光学幻影。散射系数取值范围为10 ~ 50mm⁻¹。对于每一个散射系数值，制作了5个光学幻影的子集，对应于PpIX包含的5个深度，即1、3、5、7和10 mm。

所有的PpIX包含的荧光测量结果在黑暗的实验室环境中进行。As a preliminary measurement, five scattering coefficient values ranged from 1 to 100 mm⁻¹构建并排列在微波腔中，然后测量包体的荧光光谱。数字 2示出了荧光光谱散射系数的不同值。

荧光信号的强度与光学幻影的散射功率成正比。从图中可以看出 2即荧光强度为50毫米和100毫米⁻¹是大致相同的。即散射系数越高，荧光信号就会达到饱和水平。数字 图3（a）示出了检测到用于PpIX的夹杂物的光学模型内部的不同深度的荧光。The depth of inclusion ranged from 1 mm to 10 mm. In this case, one can notice that the fluorescence intensity is inversely proportional to the depth. This decline in intensity can be fitted to the exponential curve as displayed in Figure 图3（b）。

All PpIX fluorescence spectra showed distinctive peaks at 635 and 704 nm, and thus, fluorescence intensity values at these specific wavelengths were used in further analysis of the measured spectra. Mean values and standard deviation of fluorescence intensities are plotted for different depths and for a range of absorption coefficients (from 0.5 to 2 mm⁻¹从图表中可以看出 4(一)- - - - - - 4 (e)。在所有研究深度下，所有产生的曲线都显示出明显的荧光强度下降。这种荧光强度的降低可以解释为由于吸收而到达PpIX包体的光子数量的减少。

此外，绘制了不同深度和不同散射系数范围(从10到50 mm)荧光强度的平均值和标准偏差⁻¹)如图表所示 5(一个)- - - - - - 5 (e)）。所有产生的曲线显示为PpIX的夹杂物的所有调查的深度，荧光强度显着增加。这种增加的荧光信号可以归因于光子激发的PpIX夹杂物由于散射的增加的数量。

值得注意的是，所有的曲线都用图形表示 4和 5显示非线性行为的荧光变化作为吸收和散射系数的函数。这与先前的研究一致[ 16]。

在Markwardt等人的一项研究中[ 17]中，通过限制激发时间避免漂白所记录的荧光信号的影响。在这项研究中，每个光学幻象包含已被激发与激发时间设定长度的圆筒形包容;因此，光漂白的效果被标准化所有样品。

此外，量化光学性质的变化对记录的荧光信号的影响是非常重要的。为了实现这一点，我们分别分析了散射和吸收的变化效应。首先，对于吸收系数，计算每个深度在635 nm处的荧光强度在上述吸收系数范围内的衰减量，计算公式如下: (1) 变异 μ 一个 , d = F 腹肌 μ 一个 马克斯 − F 腹肌 μ 一个 分 F 腹肌 μ 一个 马克斯 × One hundred. % , 哪里 变异 μ 一个 , d 为PpIX包裹体在给定深度下635nm处的强度变化， F 腹肌 μ 一个 马克斯 本研究中吸收系数最大的吸收介质中的荧光强度是否对应2 mm的值⁻¹, F 腹肌 μ 一个 分 is the fluorescence intensity in the absorbing medium with the minimum absorption coefficient used in this study, that is, corresponding to the value of 0.5 mm⁻¹。吸收的变化百分比如图所示 6(一)。

其次，对于散射系数，计算每个深度在上述散射系数范围635 nm处的荧光强度高程，计算公式如下 (2) 变异 μ 年代 , d = F 赶去 μ 年代 马克斯 − F 赶去 μ 年代 分 F 赶去 μ 年代 马克斯 × One hundred. % , 哪里 变异 μ 年代 , d 为PpIX包裹体在给定深度下635nm处的强度变化， F 赶去 μ 年代 马克斯 在本研究中使用的散射系数最大的散射介质中的荧光强度，即对应于50mm的值吗⁻¹, F 赶去 μ 年代 分 is the fluorescence intensity in the scattering medium with the minimum scattering coefficient used in this study, that is, corresponding to the value of 10 mm⁻¹。数字 6(一)显示变化的百分比由于散射的所有深度。

通过取所有对应深度的平均值，可以对变化量进行总体量化，如图所示 6 (b)。

可以清楚地注意到，对于吸收和散射两者的变化是可比较的（44％吸收与散射为55％）。但是，对于散射和吸收系数的相应范围是不同的。因此，我们可以说，所测得的荧光的介质的吸收系数的效果具有远高于散射系数的效果大。换言之，用于嵌入式夹杂物荧光光谱是在吸收系数的变化更敏感。

考虑到散射介质和吸收介质的荧光强度变化均呈非线性趋势，将测量的荧光量取对数，即记录的荧光量，可以将荧光强度与光学性质的关系转化为线性关系。由此我们推导出，荧光强度的对数与吸收系数的变化成反比，同样，荧光强度的对数与散射系数的变化成正比。因此，根据本研究中使用的光学特性范围，增加1毫米⁻¹在吸收系数导致荧光强度下降18%。相比之下，散射系数增加1mm⁻¹相当于4％，以增加荧光信号。也就是说，吸收系数的效果比通过将近五倍散射对荧光强度系数的效果大。

Stepp等人[ 18他们在大鼠肿瘤发育的不同阶段测量了脑组织的光学特性，发现吸收系数在很大程度上影响着肿瘤的发育过程。这表明荧光信号可以作为不同阶段恶性肿瘤光学性质变化的生物标志物。

还推导了估算荧光夹杂物深度的分析方法[ 19]。这种方法需要混浊介质的光学特性的现有知识。然而，在临床应用中，荧光浓度和光学性质是未知的，并与光学特性的荧光强度相关联本研究因此潜在贡献。

未来工作的另一个领域可以考虑其他正在使用的激发波长[ 20.激发生物荧光团。

一个可能的限制，提出的工作是注意偏差的荧光信号在吸收和散射测量。这可以解释为不可避免的错误，在定位光纤探针在光学幻影。然而，这一挫折对整体结果的影响可以忽略不计。

本文试图从实验上评价介质的光学性质对ppix填充包裹体发射的深度分辨测量荧光的影响。结果表明，吸收系数对荧光强度的影响远大于散射系数。因此，嵌入的荧光包体对周围介质的吸收系数的变化更加敏感。这对嵌入肿瘤的生物医学光学测量有深远的影响，如含有一定浓度的PpIX并被不同光学性质的生物组织包围的脑瘤。这项研究还可以扩展到研究与不同生物组织相关的其他光学特性，这反过来将提高生物医学光学诊断的准确性。