文摘

探讨仪器基于多视图平行的高时间分辨率(< 50 ps)时域(TD)测量扩散光学层析成像(DOT)和未来的视图等步骤进行至于仪器使TD-DOT小动物分子成像的一个可行的技术。TD测量提供信息丰富的数据,我们简要回顾光与生物组织的相互作用提供了一个了解。这个数据丰富尚未利用其全部潜力增加点成像的空间分辨率,并允许探测,通过荧光寿命,组织生化参数,和过程,否则无法访问在荧光点。TD数据采集时间,然而,目前的主要因素妥协TD-DOT的可行性。当前的高时间分辨率TD-DOT扫描仪不足够的检测通道集成。根据我们过去的经验在发展中TD-DOT仪器,我们审查和讨论有前途的技术来克服这个困难。这些都是单光子雪崩二极管(SPAD)探测器和完全平行的高度集成的电子time-correlated单光子计数(TCSPC)。我们目前的实验结果与这些技术展示新一代多视图的可行性TD-DOT。

1。介绍

类似于广泛的医学成像模式,如x射线计算机断层扫描(CT)、磁共振成像(MRI),核成像(正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)),和超声(美国),扩散光学层析成像(DOT)寻求获得深(1厘米)生物体内部的图像与无创exterior-only测量。而不是使用x射线,无线电波和磁场,伽马射线,或机械,点使用光和光学技术(激光或白炽光源、光探测器、光学组件)来实现这一点。更准确地说,点旨在重建3 d生物组织的光学特性的空间分布(吸收和散射系数)的内在成像或发光化合物的浓度的荧光或荧光成像(1,2]。这是通过测量光新兴从几个地方组织在其边界和喂养的测量数据到一个图像重建算法恢复图像。

光学方法存在几个有趣的特性医学成像的目的。首先,光在可见光和近红外(NIR)范围不电离,因此,它不会伤害生物组织提供了一些最大接触限度不超过3,4]。第二,光学方法对血氧敏感由于血液吸收,这是一个主要组成部分组织的光学吸收,直接与血液中的氧和脱氧血红蛋白浓度(1,5通过关系) 在这里血液的光学吸收系数,是波长的函数,和分别是氧合血红蛋白的波长依赖的摩尔消光系数()和脱氧血红蛋白(),和是各自的浓度。图1描述了吸收光谱和在典型的血药浓度(150毫克/毫升)以及其他重要的生色团出现在生物组织(水、脂肪和黑色素)。水和脂肪,是吸收光谱是纯水和脂肪。黑色素,光谱显示是典型的皮肤得到的公式,在海里。血氧与其他医学成像技术并不容易,除了功能性磁共振成像(fMRI)通过血氧水平依赖(BOLD)信号,然而,代表血液流动的复杂混合物,血容量,和氧代谢6]。没有简单的关系等大胆的信号(1)直接访问氧-和脱氧血红蛋白浓度。第三,光学成像证明的高利息在活的有机体内分子成像的广泛可用性和相对容易合成分子荧光和生物荧光探针,具有很高的特异性。相比之下,宠物需要处理放射性物质和合成探针分子的大量放射性原子(如铜)需要,这是化学挑战[7]。同样,探讨MRI还需要绑定大型和重型原子(通常钆)。此外,由于核磁共振灵敏度很低,大型探针浓度常常需要获得足够的信号。这会造成问题相关的毒性或改变生物系统的可能性正在研究通过药理作用[8]。最后,光学技术是相对便宜的相对于其他医学成像技术。

点发现应用程序在诊断成像的乳房9- - - - - -12),关节(13),和前列腺癌14,15),以及在大脑成像诊断和基础研究的目的16- - - - - -18),而荧光点(FDOT)和生物荧光点(BDOT)发现他们大部分的应用在小动物临床成像(2,8,19- - - - - -24),一个旨在研究生物分子过程在小动物模型使用发光探针的人类疾病。这是兴趣广泛的领域:(i)生物学和医学发展的基本机制的理解疾病发展;(2)药理学标签药物或药物和遵循其发展是否达到目标组织(这可能导致更快的药物开发,制药行业极大的兴趣),或遵循一个病理学的进化在治疗在同一主题(纵向研究)监测治疗效果,同时也可以减少实验用动物的数量/牺牲,一个伟大的伦理感兴趣的话题;(3)肿瘤的癌细胞跟踪标记特定的膜蛋白和监测药物治疗和放射治疗效果(25];(iv)毒理学研究化学品和药物毒性及其对生物体的健康的影响和在其他几个地区(pH值成像,抗体标记、酶反应、肽成像,等等)。

点包括三个主要方面:光与生物组织相互作用,决定了成像参数和导致光传播建模;仪器进行多视角测量和获得所需的数据层析成像;和层析图像重建算法,使重构内部图像从获得的数据。

点是一个相对不成熟的造影与CT相比,核磁共振,宠物,SPECT,和美国,主要是因为图像重建问题是高度不合适,坏脾气的由于高度组织的光散射。减少这种病态性的一种方法在这两个点和FDOT诉诸时域(TD)光学测量(注意:这个不包括BDOT因为生物荧光发射本质上是一个连续波信号)。我们将作进一步的讨论。

路易斯塔里夫大学TomOptUS小组TD-DOT扫描仪的发展进行了小动物(老鼠)分子成像。第一代这个扫描仪已经讨论的长度(26]。不是这里的目的再看一遍这个详细架构和硬件,而是概述总结,第一代的亮点和不足以及一些说明性的结果,更重要的是讨论接下来会和工作在这个方向和相关的早期结果。

尽管图像重建将会提到,本文TD-DOT的小说在硬件方面和对未来前景,特别是支持技术TD-DOT成功的,特别是单光子雪崩二极管(发表)和并行多通道time-correlated单光子计数(TCSPC),两个领域SPADlab在米兰理工大学(PoliMi)近年来作出了重大贡献。

本文细分如下。部分2综述了光与生物组织相互作用的基础。TD-DOT硬件要求和相关的挑战中讨论部分3。这是紧随其后的部分4概述了第一代TomOptUS扫描和成像结果。部分5讨论关键技术与TCSPC进步将允许提高第一代扫描仪的性能;提出了第二代初步原型以及相关成像结果与第一代相比。最后,部分6得出一些结论,给出了一个总结,并提出当前工作的概述。

2。检查光与生物组织的相互作用

当一个光子传播通过生物组织,它可以接受两种类型的交互作用:吸收和散射。图2说明简单的微观的观点这两个过程,一个光子吸收消失了它的能量转化为其他形式(通常是热)的吸收器(通常是一些复杂的分子在生物组织,如血红蛋白),而散射使光子在另一个方向偏转没有损失的能量(弹性散射被认为是;生物组织散射通常结构等不同大小的细胞,细胞核、细胞膜和线粒体(1])。

光子的概率来自一个方向指定的单位向量分散在另一个方向是由所谓的相函数可以从电磁理论如米氏散射理论的领域或最终从量子力学考虑散射所隐含的基本流程(在组织光学,然而,一个从来没有去过那么远没有必要)。在生物医学光学、Henyey-Greenstein相位函数,根据经验来表示的散射方向特性的生物组织(27- - - - - -29日],通常采取[1,30.,31日]。

吸收和散射提供了两种可能的对比光学成像机制组织在其原生状态。在宏观范围内,吸收,所谓的吸收系数表示的特征,负责光能量的衰减介质(图3(一个))。宏观强度的光束是指数衰减的比尔定律,在那里强度和注射吗强度后穿过介质的厚度。的吸收系数波长依赖的依赖吗。吸收在生物组织中最弱的近红外(NIR)在650年和1000海里由于吸收光谱和(图1),这是主要的吸收发色团。因此,光在这个范围(所谓的治疗窗)最好是用于生物组织图像之前旅行厘米被吸收,而可见光是几毫米后几乎完全吸收。强在生物组织散射,负责光在其中传播的宏观扩散性质(就像热流在金属),这一事实降低光学成像的空间分辨率可以达到的。宏观上,散射的特征是所谓的散射系数用随着相位函数。散射的宏观强度也遵循比尔定律,散射系数中描述的散射的强度发生在介质(图3 (b))。在某些简化(扩散理论),散射也通常表现为减少散射系数,在那里是各向异性因子代表的平均余弦夹角传入和散射方向(1]。

在媒体扩散光子可以被认为是传播以及3种不同的政权。这些政权可以歧视的TD测量光子在介质的边界的飞行时间曲线(32(所谓的时间点扩散函数(TPSF)图4)。首先是弹道光子,通过定义直线传播,只有痛苦而不被吸收分散(他们的贡献是非常夸张的图4)。这种光子,然而,很少用于任何实用目的组织成像一旦传播距离超过几毫米(2 - 3毫米),超过此几乎所有光子散射事件遭受(32]。第二就是所谓的蛇或光子初遭受一些散射事件和可以被认为是沿着几乎直接传播路径(33,34]。这些光子出现在测量,为早期TPSF(图的前沿4)。最后根据高度漫射光子蜿蜒的路径。这些是对成像作为他们较低的路径是完全随机的,使它们探测未知地区的媒介。他们是最终负责点图像的模糊性质。

因为TD直接测量允许歧视不同政权的光子传播,他们是公认为最富有的数据(1,2]。事实上,TPSF的形状直接取决于吸收和散射系数和,而连续波(CW)测量只提供一个数字(光强)没有签名多少光子可能遭受散射事件而传播。TD-DOT旨在利用这些数据丰富提高重建图像的质量而言,获得更高的空间分辨率和更多的定量成像。这已被证明是内在和荧光成像技术(35- - - - - -37,这也可以发现在我们的迹象在图像重建算法的发展(38]。进一步,TD的测量也允许探索与连续波测量参数不容易,如荧光寿命,这是一个兴奋的荧光分子的平均时间放松其基态。在最简单的形式,描述了这个放松一个指数衰减。在组织中,这种衰减与TPSFs卷积占光传播的扩散性质导致复合曲线被测量和被称为荧光TPSF (FTPSF)。

一生对成像很重要。广泛用于显微镜(荧光寿命成像(这部电影))(39),因为荧光分子的一生是敏感的生化环境组织(例如,pH值)和化学绑定。因此提供了一个高潜力在活的有机体内分子成像。特别感兴趣的是福斯特共振能量转移(FRET) (40- - - - - -42),两个荧光分子,供体和受体相互作用,与供体的发射光谱与受体的吸收光谱的重叠。随着捐赠者在接近一个受体,其荧光会吸收(“淬火”)受体,与淬火得到更高效的两个之间的距离越短。这导致调制的捐助者荧光寿命取决于亲水的距离。更准确地说,能量的传输速率在供体和受体之间不同的6次方的倒数距离。传输速率的增加的影响从供体受体减少捐助者荧光寿命的捐赠者有权访问更快的通道返回基态。这种影响明显可以用来研究分子的构象(43]。烦恼当然对灰度测量产生影响,因为如果淬火更强,光信号会弱。然而,也依赖于灰度测量荧光探针浓度,从而混淆与浓度猝灭,这不是寿命测量的情况。担心的另一个应用是研究生物分子之间的相互作用(例如,蛋白质-蛋白质之间的关系或抗体标记)。与一种生物分子标记供体和受体的其他类型,捐赠者的一生会有所不同取决于是否分子相互作用(交互时,他们会更短的距离)。当然,并不是所有的分子会互动,因此整个信号将由两个衰减指数。用双指数拟合测量信号模型允许确定寿命与交互相关和不相互影响的分子相互作用分子的一部分,这与灰度测量是不可能的。注意,担心允许智能探针的设计通常是在关闭状态(不发光),但开始发光(状态)时通过特定的酶裂解(22]。在这种情况下灰度测量足够了。

3所示。在TD-DOT挑战和要求

通常,进行TD测量,照亮一个极短的激发光脉冲(理想狄拉克δ函数近似的时间和通常由一个超快激光输出)媒介的利息和措施后脉冲的时间形状通过媒介传播。实际上,一个措施介质的传递函数图4是一个例子。这样的测量可以执行一定数量的方式取决于介质的特点,决定了振幅和脉冲的持续时间的时间尺度来衡量。超短脉冲在生物组织,通常会暂时扩大了约1每厘米组织ns的半最大值宽度遍历。例如,实验室老鼠,我们感兴趣的工作,通常有一个直径约2.5厘米,因此典型测量脉冲持续时间的2.5 ns。解决这些信号,可以建模为真实信号的卷积的过程与系统的IRF测量,系统必须具有很高的时间分辨率的100 ps或少为了不扭曲(诽谤)信号太严重,失去信息。数学上,真正的信号可以通过deconvolving恢复世界宗教自由的测量信号,但由于反褶积是一个不适定问题,建议保持扭曲与反褶积最小,然后给出更好的结果(44,45]。此外,激励脉冲减几个数量级后通过生物组织吸收和传播由于其蔓延向四面八方散射的结果。因此,成像仪器能测量非常微弱光信号(几皮瓦是典型的)。至于荧光测量,用于光学成像通常有荧光团的荧光寿命从500 ps到2 - 3 ns。再次,解决指数衰减曲线与这样的一生需要时间分辨率100 ps或更少。附近的烦恼测量,识别荧光寿命甚至呼吁更好的时间分辨率。生物组织发出的荧光信号也往往是极其微弱的。所有这些需求(非常短和弱信号)是一个自然环境TCSPC技术。

在介绍中提到的,点的进一步要求,测量需要的多元化立场周围介质边界获得内部形象。几位配置46),有些图中描述5,有可能实现这样的多视图检测。然而,这构成了重大挑战的光机位设计点扫描仪和TCSPC因为需要一个检测通道并行工作在合理的时间进行测量。最新进展并行多通道TCSPC现在可以进行这样的多视图检测高时间分辨率和精致的敏感性。这将进一步讨论后,将会看到多通道TCSPC是TD-DOT成功的一个关键技术。

TCSPC的一个重要特性是它允许测量TPSFs,我们认为是至关重要的在利用TD测量的全部潜力改善空间分辨率图像重建算法和量化通过点38]。此外,测量完整FTPSFs是提取的必要性。

4所示。仪器对小动物点和第一代TomOptUS扫描仪

TomOptUS集团已经开发出第一代原型TD-DOT扫描仪的小动物成像。这里的目的不是通过扫描仪的所有细节,因为这已经在其他地方做的(26),而是提供一个概览的架构和硬件和审查最近的一些结果。这将引导我们在下一节中需要实现的第二代扫描仪和我们已经为此进行的工作。

把这变成一个更好的角度来看,我们现在首先简要回顾其他方法和系统,为小动物开发时间分辨(即。,time-domain and frequency-domain) DOT imaging (the discussion on systems will be restricted to those for tomographic 3D imaging and excludes systems solely for bioluminescence tomography, as bioluminescence provides by nature a CW signal). The advantages of TD measurements over CW measurements have been previously discussed as regards information richness. By performing frequency-domain (FD) measurements, it is in principle mathematically possible to obtain the same information as with TD measurements since both are related by a Fourier transform. FD systems resort to a modulated light source to measure the modulation index and phase shift between the light injected into a tissue and the light emerging therefrom after its propagation therethrough. Such systems are limited in small animal imaging owing to the small tissue volumes involved requiring source modulation at frequencies above 1 GHz to obtain sufficient phase shift contrasts [47]。在如此高的频率调制光源技术难度和仅限于2 GHz(这通常是发现在litterature)。因此在实践中是不可能完整的傅里叶谱测量,因此得到FD TD相当于数据的数据;会丢失一些信息。这是一个原因TD测量更好允许达到完整的信息,可以从测量获得组织与光。这实际上是一个方面,激励我们的工作。

尽管前面讨论TD和FD和连续波测量,由于成本较低,大多数小动物成像系统采用连续波测量。值得注意的是,商业系统与层析能力完全采取连续波测量(48- - - - - -51]。深入广泛的审查提供的商业扫描仪Leblond et al。23]。关于原型的研究,大多数获得连续波数据(52- - - - - -60)和一些FD系统(56,61年- - - - - -64年]。比较有趣的是,一项研究连续波和FD系统和图像重建表明,FD测量可能导致优越的图片但在更高的成本和努力至于仪器和计算资源65年]。

关于系统利用TD信号,这是重点,最重要的特点是时间分辨率和采集时间。获得TD比连续波数据和数据需要更多的时间,是一个重大的问题。另一个问题是TD仪器的成本将在稍后讨论。时间分辨率可以在一半的宽屏仪器响应函数的最大(应用)(IRF)由直接注入光测量系统的脉冲激光源到一个检测通道。

我们的系统描述,通过非接触测量的无线光通讯设计,短脉冲激光器和探测器,展现前所未有的时间分辨率和TCSPC电子产品用于多视图双波长TD测量:IRF平均200 ps的半最大值宽度为第一代扫描仪(部分4.5提供了更多细节)和IRF第二代原型平均55 ps的半最大值宽度(部分5。4)。相比之下,摘要系统使用TCSPC IRF 260 ps, MCP-PMTs,光纤已经被报道66年]。在其他工作中,系统的5双波长检测渠道开发与商业使用x射线CT扫描仪(67年]。检测通道使用光纤和red-enhanced pmt,实现≈465 ps的时间分辨率。据我们所知,只有TD系统已超过我们的第一代系统的时间分辨率是单一视图单一探测器透照无触点无线光通讯系统[36](IRF 163 ps应用诉诸supercontinuum脉冲光纤激光器(脉冲宽度≈30 ps)和TCSPC预选PMT模块时间分辨率(150 ps)。这个系统,衡量一个波长,是较早的适应系统使用CCD time-gated加剧(ICCD)相机200 ps门宽度和25 ps时间步大小(68年,69年]。类似的透照ICCD系统已经开发荧光寿命断层与最低300 ps门宽度(70年[]或报道IRF 300 ps的半最大值宽度71年]。系统引用到目前为止采取顺序逐点扫描激光照明在动物注入光的表面不同位置所需的断层。这种扫描通常是费时的。

另一种方法是使用广角照明顺序不同的空间调制模式的光投射到物体的表面成像和测量空间光传输模式(72年]。这是适应(73年,74年]因为TD小动物成像使用短脉冲激光,微镜的数组生成照明模式,和一个time-gated ICCD相机测量时间信号(200 - 300 ps门宽度和批准ps时间步大小)。

为了进一步突出我们的特色系统相比,我们的拥有最双波长通道,同时可以获得信号,这与最好的时间分辨率导致信号失真和少都能够执行后向散射和透照法测量。

4.1。体系结构概述

第一代扫描仪,描绘在图6(一),没有接触动物提供远距离测量。它包含7双波长检测通道隔开40°内在和荧光多视图平行检测。图6 (c)显示了一个这样的通道(光学设计进行了Zemax档案™扫描仪的光学设计软件,而机械设计与SolidWorks进行™CAD软件)。通道安装在转盘允许检测角度围绕这个主题,除了一个小盲的激光束(图15°±7)。配置允许epi-illumination和透照法,以及中间情况下(参考图5)。

在这一代,主题是在垂直的成像。它可以翻译垂直使用电动翻译阶段,也可以独立于探测器绕垂直轴旋转,从激光光束可以在任何地方被注入。这个配置可以降低硬件复杂度,重要的开发第一个原型,而配置的主题将成像躺水平,后者需要激光旋转围绕这个主题。垂直旋转避免生理变化和解剖位移内重力。

扫描仪具有两个摄像头对3 d立体计算机视觉测量的外表面形状。以来这是必要的,在一个非接触建筑表面决定从漫射光传播的变化(在生物组织)直线(在空气中)。这允许固定边界条件所服从的正向模型用于计算内部的光分布主题,一个重要组成部分在任何点的图像重建算法。区别于其他扫描仪,TomOptUS扫描仪使用相同的激光表面和点测量。这允许同时表面和点测量,减少采购时间,同时降低系统的复杂性。此外,这使得测量的准确位置,激光注入。这些也需要点图像重建中使用任何前锋模型(75年]。

4.2。电子光学硬件TCSPC

执行TCSPC测量,使用的激发光源是一个锁模钛:蓝宝石激光(美国Spectra-Physics海啸)排放超短光脉冲(脉冲宽度4 ps应用在80 MHz的重复率。这是一个原型的理想光源扫描自其发射波长的强度是可以调节的范围从700到1000纳米是最适合生物组织成像正如前面提到的,还因为它提供了充足的权力在任何波长的高质量的TEM₀₀模式循环梁。激光器的可调谐性还允许高灵活性图像不同的近红外荧光探针。在我们的系统中,激光光束控制执行与反射的光学组件尽可能最小化时间扭曲。

在检测方面,如前所述,高灵敏度和高时间分辨率测量需要短暂而微弱TPSFs典型的小动物成像。这要求TCSPC技术完全适合这样的条件(76年]。具体来说,我们使用spc - 134堆4 PCI电脑插件卡片(Becker&Hickl GmbH (bh)、德国),每张卡片电子时间分辨率达到6.6 ps应用。14探测器使用pmc - 100 - 20 PMT模块(bh)光谱响应曲线在波长范围从300到900海里,有一个名义上的渡越时间传播(TTS)≈180 ps应用(热电冷却器(tec)合并减少暗计数),和一个光电阴极直径8毫米。

的参考触发电脉冲TCSPC卡片来自快速PIN光电二极管的激光脉冲(博士- 400 N, bh)连接到停止输入逆转起止TCSPC卡片操作的模式。四个路由器(HRT-41 bh),每个卡,一个允许连接多达4 PMT模块每个卡片最多16个检测通道。电子箱内部开发允许操作16 PMT模块:它供应和控制权力PMT模块和他们的侦探。盒子里还提供了模块的硬件关闭防止过载光通量破坏pmt。小心光机位检测通道的设计可以防止光学反射,从而避免TPSFs免受污染这样的反思。

4.3。软件

操作扫描仪的定制软件,最初在虚拟仪器开发的™(26),已经完全被重新设计和重写的c++语言更好的结构和更大的灵活性。开源工具已经使用在:NetBeans和gcc编译器为Windows软件开发和Qt的图形用户界面(GUI)及其对通信的库(,串行)硬件。GUI允许配置扫描仪的内部硬件设置(TCSPC参数,活跃探测器,等等),以及相关参数成像会话(范围和步大小的运动主题,TCSPC集合时间,和激光衰减)。扫描仪的软件允许完全自动化操作期间实验以及完整的手动控制,用于开发和测试的目的,为建立一个初步的数据采集实验。GUI也显示以下信息实时测量的进展:主题和探测器的实际位置,运行时间的实验中,光子计数率和TCSPC直方图(TPSFs)。

4.4。与第一代扫描结果

第一代扫描仪最近允许开发全新的技术成像的散射性质浑浊的媒体模仿生物组织(33]和本地化荧光点状夹杂物在其中34]。这些技术严重依赖于高时间分辨率和精致的计时精度和稳定性的TCSPC是我们扫描仪的核心。他们现在将简要回顾和说明性的结果将提交。

4.1.1。内在以漫射光子密度波前的速度成像

如前所述,蛇光子遭受一些散射事件。正因为如此,他们能很好的近似被认为是沿着直线传播路径(称为射线)不同从他们来自四面八方,也就是说,光在哪里注射在中(图8)。蛇的集体传播光子来自一个给定的点在一个中等或在其边界定义了一个扩展扩散波前(所谓的漫射光子密度波前(DPDWF))在(33]。当介质是均匀的,这种波前球面(34),但被扭曲的非齐次介质(77年]。

DPDWF的到达时间在边界上的一个给定的点,这对应于早期光子的到达时间(所谓早期光子到达时间(EPAT)),可以从测量获得TPSF在那里。事实上,蛇光子提前到达,他们贡献TPSF的前沿,和到达时间的边缘被认为是早期光子的到达时间(即。EPAT),可以稳定可靠地从使用数值常数测量TPSF获得分数歧视(NCFD)之前由我们组介绍78年]。

EPAT显然与介质内的波阵面传播的速度。我们与我们的扫描仪显示,EPAT取决于介质的光学性质(26),因此DPDWFs也取决于这些属性的速度由于速度是时间旅行的距离,后者EPAT。

这些因素导致重建的可能性DPDWF速度地图为了媒体形象的内在属性。这样的地图实际上已经被获得,显示对介质的光学特性变化的敏感性(33]。到目前为止,这已经实现了散射系数的变化,和我们目前正在开发类似的方法获得与吸收系数的变化。

短暂,获得速度映射(详情可以发现在之前的文献[33]),介质划分为小细胞如图8(选择三角形为简单起见,但也可能是其他形状)。选择足够小的细胞,每个细胞内的速度可以认为不变。考虑一线,比如一个如图8,定义为一个激光注入位置和检测位置(一对所谓的炮检(SD))。的总时间旅行的早期光子射线(即。,the measured EPAT) is given by the sum of the individual times spent in each cell intersected by the ray, with the time within each cell being simply the length of the ray intersecting the cell divided by the speed in that cell. Mathematically, this can be expressed as a sum extending over all cells of the partition as 在哪里细胞的总数在分区,射线的距离了吗细胞内分区的是细胞内DPDWF速度(设置为0细胞不交叉的线)。测量EPATs为大量不同射线(即。,SD pairs) leads to a system of linear equations such as (2),可以解决的未知数然后回到分区映射到地图获得速度。图9从实验数据显示重建这样的地图显示速度对比,夹杂物的散射系数不同,否则均匀背景的插入(有关详细信息,请参阅图标题)。这种成像方法利用EPATs的很大的优势是,由于直线传播被认为是,图像重建中可进行的一片一片的x射线CT,相比其他方法开发的点,需要考虑到介质的3 d实体。这使得这种方法重建快得多,也相对容易实现,只需要解决线性方程。也许这种方法的一个缺点是它依赖于检测蛇光子,这可能涉及到低信噪比。这不是一个问题,我们的第一代扫描仪由于单光子检测能力和检测通道的光收集效率高由于使用的pmt的大感光区域(8毫米直径)。稍后将看到,这可能,然而,降低结果与小直径单光子探测器。这个呼吁将讨论光学优化设计。

10/24/11。通过飞行时间测量荧光定位

我们已经开发出一种算法3 d多数本地化的荧光夹杂物坐落在其中使用距离范围。这是基于测量荧光EPATs在浑浊的介质的不同位置(例如,生物组织)在超短激光脉冲照明在给定的位置,这是重复几个激光注入位置。这种算法是相关的,例如,定位小肿块或转移性细胞荧光标记的目标代理(25]。

指图10 ()时间获得荧光信号在一个给定的检测位置注射后一个激光脉冲在另一个位置是(我)拍摄的激光脉冲(介质内成为DPDWF)旅行的注入点的荧光点状夹杂物+(2)的时间的荧光激发脉冲的波包含由激光DPDWF传播从夹杂物检测位置。对于一个给定的SD对激光注入和检测位置,是可以通过时域测量系统。不考虑其他传播*所示,,,在图10 ()(电子信号传播的时间系统的电缆,光在空气中传播的光通道,等等),因为这些可以校准的解释(26,34]。测量时间几个SD对允许本地化包含如图10 (b)。这依赖于这样一个事实:不同的探测器不会测量同一时间,时间对于一个给定的探测器是依赖于包含的深度相对于探测器。更准确地说,如图10 (c)所示,测量的时间对于一个给定的SD对定义了一个椭圆形 在哪里和分别是DPDWFs速度的激光激发荧光波长(速度和相等,那么总统将是一个椭圆的距离之和和将一个常数)。这个椭圆定义的轨迹包含被发现,因为所有的点在这样一个椭圆会给同样的测量时间,这是唯一可用的信息从一个与SD对相关测量。参数到目前为止一直在阐述了2 d为简单起见,但同样有效的3 d,椭圆形卵圆形。在2 d,原则上两个椭圆形足以找到一个包容的位置,这个位置是椭圆形的十字路口。在3 d中,一个需要找到3卵圆形的交集。如果多个夹杂物存在于介质,然后更椭圆(卵圆形)必须得到,这相当于有更多SD对EPAT测量。在实践中,我们找不到交集的椭圆(卵圆形)而是跟踪所有椭圆与SD对测量和密度最高的地区地图从而获得与夹杂物的位置相对应。这是如图(11日)和11 (b)在模拟的情况下,(一个)显示密度图和(b)显示地图一样的高度函数极大值提取。图11 (c)显示定位结果3-inclusion情况(所有夹杂物在一个平面上,实验数据),和图11 (d)显示4夹杂物在不同高度的定位在一个三维圆柱介质,坏的情况下误差为1.7毫米的本地化的夹杂物,对扩散光学成像很好。

进一步的细节和结果在这里总结了本地化技术给出了(34]。考虑到典型的速度扩散波前的脉冲为真空中的光速,这种技术可以让本地化包体与毫米精度,它是发现,对于这样一个定位方法成功,系统提供必要的测量必须有一个非常高的时间分辨率和极其稳定的计时精度允许提取可靠的脉冲的到达时间。我们的系统使得这样的发展。进一步的功能定位方法综述了这里它非常快因为操作非常简单,获取图像它可以定位相当多的夹杂物(我们取得了5)。一些缺点是限于发现点状夹杂物的位置;它不能图像平滑的荧光分布和不能本地化大量夹杂物。

4.5。规范

正如前面提到的,时间分辨率是TD测量系统的关键性能指标。在我们与这两个波长的双波长通道的扫描仪在其运作,我们测量在780 nm irf的半最大值宽度平均195 ps的变化从116年到285 ps,平均在830 nm这是169 ps的变化从114年到256 ps。

给一个想法的典型的采集时间与我们的扫描仪,需要≈4.5分钟每片(对应于给定值的高度主题)获得一组测量包括144测量(36激光注入点的角距10°,探测器从0到10°30°,2 s和光子计数集合时间)。等典型的采集时间很长这是只有一片。瓶颈是旋转探测器的必要性。此外,当前的扫描仪有点笨重和度假村高成本TCSPC电子,这使得扩大探测器数量的困难。

5。对第二代点扫描仪

提供一个图像,点重建算法需要几个测量围绕一个主题,而这需要重复在不同纵向位置的主题。获取数据在合理的时间生活主题,测量需要执行速度比目前可能与第一代扫描仪。实现这一需要解决两个主要方面。首先,有必要增加密度的检测通道(即主题。更多的渠道),避免旋转探测器。这需要检测通道的小型化,依靠较小的光学和取代笨重的PMT模块目前使用较小的足迹探测器。第二,处理更多的频道需要替换昂贵TCSPC电子贺卡与几个渠道更紧凑密集的完全平行TCSPC电子在一个合理的成本,而不是目前商用。

两个支持技术,SPADlab PoliMi及其副产品微光子设备S.R.L. (MPD)领导人近年来,使解决这两个主要方面。下面讨论这些技术,(i)的发展单光子雪崩二极管(发表)基于硅平面技术薄层连接(79年)和相关的前端电子电路(80年,81年)和(2)的发展高度集成的电子实现并行紧凑TCSPC硬件(82年,83年]。

替代更高的检测密度和并行TCSPC可以使用宽视野空间调制照明节中描述4。并行性然后来自摄像机及其阵列探测器。这种方法允许将更多的光注入组织因为它是分布在它的表面,而不是集中在一个小点(然后需要一些力量上限不超过,以免损伤组织)。宽视野照明因此乍一看似乎提供了执行测量的可能性更高的信噪比(信噪比)与TCSPC比,因此可能允许提高采集速度。然而,CCD相机不如TCSPC敏感单光子灵敏度。也,time-gated ICCD相机,门必须扫描不同的延迟解决时序信号,这需要时间。TCSPC反过来获得完整的时间信号通过计算和装箱数量在直方图(不会丢失任何光子,这使得它更有效)。因此不清楚哪种方法最后会更快,可以获得更高的信噪比。宽视野照明成像的一个重要问题是确定光的最佳模式用于给定的成像任务,尽可能减少他们的数量。这可以压缩传感和相关工作正在进行中(84年]。最后,利用现有技术,最小的盖茨200 ps宽,而发表可以达到时间分辨率50 ps和更低。因此看到两个竞争技术可以追求TD-DOT成像,各有其优点和缺点。我们赞成TCSPC有着更高的时间分辨率,我们相信在小动物成像的应用程序将是一个优势。

5.1。TCSPC技术的进步

5.1.1。发表和相关前端电子电路

TCSPC要求探测器能够提供一个可测量的快速信号以响应单个光子的探测。光电倍增管(PMT)高增益一直是这一领域的主力,但单光子雪崩二极管(发表)已经成为一个严重的替代由于其强度,尺寸紧凑,更高的光电探测效率(PDE),和健壮性重载光信号(而PMT严重受损的在这种情况下,一个SPAD只有浸透)。

SPAD是pn结反向偏置电压超过击穿电压。在Geiger-mode:由于结内的强电场,一次充电载体注入耗尽层可以触发一个自我维持的雪崩倍增过程导致电流突然上升(纳秒或亚毫微秒上升时间)到毫安范围水平。当主载波(事实上一个电子空穴对)是由一个光子,雪崩电流脉冲的前沿标签检测光子的到达时间。因为当前继续流入结直到偏压下面是降低合适的电路,所谓的淬火电路,是必需的。后者也恢复偏压和设备准备再次触发。

发表。里程碑,导致现代SPAD探测器的发展作为当前相关工作将会简要介绍(可以找到更多的细节和引用(80年])。第一个硅平面技术SPAD结构适用于单片集成电路是基于早期半导体二极管结构设计了1960年代初(85年- - - - - -87年]。进一步发展(88年- - - - - -92年)旨在改善设备性能(减少扩散尾的持续时间和强度的复杂分析快速荧光衰减测量,降低了对波长的依赖时间响应函数的形状的探测器,提高PDE的均匀性活跃的区域,减少暗计数率(DCR),和寄生脉冲概率及其温度依赖性)导致了实际SPAD结构,组成的平面双外延结构中实现一个定制的技术(79年]。设备现在的从一个n型基质上的p型外延层,构成SPAD阳极,是成长。最后,一个n型、薄扩散构成设备的阴极是植入。p型地区有两个目的:减少故障设备的中心区域的价值,避免过早边缘破裂及其掺杂剖面设计适当形状的电场在乘法地区,目的是优化设备的响应时间(93年]。最终,隔离区域可以合并,与n型阳极底物周围形成一个好设备。reverse-biasing隔离region-anode结,因此可以电隔离的SPAD相邻设备和开发整体SPAD数组(94年]。

双外延技术,由于其兼容性与标准CMOS工艺技术,进一步发展铺平了道路,允许直接集成电路芯片到检测器。在过去的几年,一些设备原型,在标准CMOS技术实现,已报告。然而,这些设备目前较低的PDE (95年,96年)或更糟时间分辨率(97年),单位面积上的明显高于DCR [98年,99年],寄生脉冲高概率对定制的发表,迫使设备设计者使用较小的活跃地区过剩和低偏置电压限制探测器噪声。相反,电场的优化概要文件所允许自定义技术会导致更好的性能的时间分辨率,DCR寄生脉冲(允许大面积的发展发表直径从几几十微米到几百微米的One hundred.]),和更高的PDE(进一步改善最近演示了通过使用一个厚吸收层(101年])。

淬火和重置。当使用发表另一个重要方面是淬火后雪崩形成光子的探测102年,103年]。这里的主要问题是淬火的速度发生,拖延时间,重置过渡。

淬火后应尽快进入行动雪崩触发减少雪崩负责。后者负责能量耗散在探测器内,应保持低,以防止过度的功耗和伤害。它还会导致二次光发射,引起不必要的光学探测器之间的相声。最后,随着雪崩电流通过检测器,一些电荷载体被困或一个随机时间后被释放。这样的运营商可以引发二次不必要的雪崩(剩余脉冲)。

加快淬火,延迟后的淬火转变开始雪崩,过渡时间必须最小化。与被动淬火电路(PQCs),发病后的过渡是直接雪崩,但可以相当长的过渡时间。活跃的淬火电路(AQCs)可以加速这种转变,但他们的反馈回路可能引入一个重要的延迟。

拖延时间,SPAD花在淬火状态时,必须保持短实现计数率高但不应太短时间离开被困运营商被释放。拖延时间控制功能,可以获得与AQCs PQCs但不是。

淬火后,SPAD需要重置。这需要偏压带回其静态值高于击穿电压的持续时间最多几纳秒。的确,在重置阶段,光子的退化时间分辨率和PDE,由于SPAD过电压的变化,可以发生。这要求减少过渡时间重置,所以探测光子的概率在这过渡是保持到最低限度。PQCs本质上显示复苏指数,与典型的重置数百纳秒的时间常数。AQCs另一方面加快重置过渡。由于各自的优势PQCs雪崩(更快响应)和AQCs更快的转换和可调节的拖延时间,现在主被动混合淬火的首选的方法(103年]。

电流传感器。发表的时间分辨率几十皮秒最初光敏区(typ很小。10 - 20μ米直径)。面积这么小的困难发展中光学系统的光探测器的光学校准和收集导致开发面积较大发表79年]。平面发表的时间分辨率,然而,强烈取决于直径:非常早期的雪崩,航母乘法是局限在一个小的区域和当前小统计波动上升。电流的后期增加对应于乘法的进步的空间扩散过程,受到更高的统计波动;因此,有效面积越大,越时间性能。活动区域之间的权衡和时间分辨率可能克服通过检测当前在最初的雪崩的一部分上升(104年]。适当的电流传感器电路、时间分辨率降低到35 ps应用了在室温下用薄的耗尽层直径100发表在一个活跃的区域μ米(105年]。进一步的工作在电流传感器电路的集成检测器使得像素附近架构SPAD数组和多通道TCSPC可能(81年,106年]。

5.1.2中。多通道并行TCSPC电子

TCSPC依赖周期性激励的过程(一个例子是荧光发射)和超短的光脉冲之间的时间间隔测量的到来每个光子在反应过程中发现(在我们的例子中,这将是一个会光子)和激发光脉冲产生光子的过程。因此,每个检测到的光子time-tagged根据其测量时间间隔。在高脉冲重复率等数十兆赫范围所能获得一些固态二极管激光器,因为典型的死时间的处理电子和可能在发表的探测器等,是不可能工作在光子计数率几个光子将被发现,每个周期的周期性激励。甚至每激发探测光子的概率周期必须保持远小于1(≈1%的概率通常是在实践中使用)。如此低的概率是必要的检测2个或更多的光子在同一激励周期可以忽略不计,因为所有光子到达后第一个不能与第一个电子正忙着处理。电子因此忽视光子到达之后第一次在一个激励周期,所以如果多个光子发生过于频繁,被测波形对短时间被扭曲。鉴于低概率的条件是满意,积累大量的time-tagged光子允许测量时间波形(如荧光衰变曲线)形成一个直方图检测光子的数量的时间标签。实际上,TCSPC是一种手段统计重建波形,然后被认为是一个概率分布(光子的发生概率作为时间的函数对于一个给定的过程)。

因此,除了前端探测器和相关电子产品检测单光子,TCSPC需要处理电子模块构建直方图。在一个实现中,这是完成一个模拟time-to-amplitude转换器(TAC)将开始之间的时间间隔电脉冲(对应于一个激光脉冲)和停止电脉冲(经检测光子)成一个模拟电压成正比,间隔(41,107年,108年]。这个电压转换为一个数字号码快速模拟-数字转换器(ADC),这个数字是用来增加一个计数器在银行的柜台地址对应于这个数字。因此,每个计数器实现的时间本地址是与时间成正比。time-tagging和大量的光子计数后,该行拥有相对应的直方图被测量的信号。在另一个实施TCSPC,脉冲之间的时间间隔开始和停止脉冲直接转换为数字形式的设备称为time-to-digital转换器(TDC)。有几种方法可以实现一个TDC,利用定时信号的渡越时间内一连串的逻辑门和通常基于游标延迟线路(109年)或环形振荡器(110年]。

TCSPC需要越来越多的应用多通道检测功能,以提高测量吞吐量,和TD-DOT就是一个例子。相对较高的检测通道(通常多达32)可以处理模块卡片的形式,可以插入电脑主机板插槽,用于我们的1 st-generation点扫描仪。这些模块具有高性能的时间分辨率(几秒),线性和动态范围(数百纳秒)。然而,他们的并行信号处理能力有限,大尺寸,高成本,过度功耗防止进一步扩大检测通道的数量。因此,集成电路解决方案(82年)能够达到所有所需的时间特性,确保成本和大小减少(111年对多维成像系统)是强制性的。

5.2。八路TCSPC模块

实现现代多路TCSPC应用程序的要求,摘要TCSPC模块原型,最终可以很容易扩大,开发了PoliMi组。模块本质上是基于一个多通道结构,其可以在详细描述(83年]。

摘要介绍模块的框图如图12。接口板是用来适应外部定时信号在NIM标准单端模拟格式(8启动脉冲和共同停止脉冲)微分TAC输入信号,提供外部电源TCSPC板(用一个直流电源模块运作提供从8 V 16 V),并执行温度控制(调节两个风扇的转速)。TCSPC电子产品本身上实现95×40毫米培育印刷电路板(PCB)提供一些动力飞机和避免模拟信号调节阶段之间的电气相声和数字处理模块。

TCSPC委员会是基于两个4-channel集成tac直接驱动商业8路ADC。车载FPGA处理ADC数据输出和计算值是用来构建TCSPC直方图FPGA内部内存。最后,通过一个USB数据传输到PC机链接,也是一个接口用于远程控制。两个集成TAC数组,每个包括四个独立的转换器,是建立在0.35μm Si-Ge技术。4-channel TAC是一个改进版本转换器之前开发的PoliMi [82年)本身就是基于一个单通道的原型(112年]。每个通道内的TAC数组变量特性全面范围(FSR)可以选择四个价值观:11 ns, 22 ns, 45 ns, 88 ns。最大化系统的灵活性,FPGA数字可以设置这个参数,即使测量正在运行。减少董事会维度,TAC输出设计与ADC输入动态范围,所以不需要外部的运算放大器。

保持尺寸紧凑,AD9252 A / D转换器(从模拟设备)被选中,因为它功能八个独立的通道,50名议员转化率和14-bit数据输出。尽管它满足大多数TCSPC需求,其±40% LSB微分非线性(黑暗)太高了。想要得到一个合适的黑暗,我们决定实施抖动技术。一个随机抖动信号添加到TAC通过D / a转换器输出电压,然后从产生的数字值减去ADC转换。被称为抖动技术实现按比例(113年],我们之前已经证明了其有效性在减少整个黑暗(114年]。尽量减少维度,加法器阶段和集成D / A转换器(基于10位分辨率current-steering分段体系结构(115年,116年])都包含在TAC芯片。

已经描述,ADC输出获取,处理,存储到FPGA (Spartan-6 XC6SLX150T Xilinx)内存。在接通电源的,车载闪存的FPGA读取内容自动编程,从而使模块可以使用了。

FPGA样品和反序列化八ADC串行输出;每个反序列化结果存储在一个专用的内部FIFO存储器脱钩抽样数据流数据处理。FIFO输出抖动补偿后,对应的直方图存储单元,其价值可以被更新。

八个直方图存储在八公羊双端口分为细胞,每一方都有一个32位的深度。测量数据更新通过编写成一个端口,可以同时发送到PC通过阅读记忆从第二端口(也用于清除内存内容)。直方图数据,以及有用的额外信息的测量,使用FT2232H外部PC的高速出口2.0 USB从FTDI收发器芯片。

的照片完整的摘要TCSPC模块如图13。接口板是根据被封闭在一个小铝(160×125×30毫米³)。TCSPC董事会本身的形状被连接到一个80 -插头连接器。这样董事会可以被包括在独立举办模块或一个系统有更多的渠道通过并行板(111年]。

完整的模块的功耗约为6 W和时间宽度从0.8到6.4 ps取决于所选的TAC身上。几个实验TCSPC系统评估三个关键参数:时间分辨率,黑暗与光明,渠道之间的相声。除了这些,重要的是评估渠道的转化率,这取决于最大TAC-ADC死亡时间。值110 ns测量对于后者,考虑最大ADC转换延迟88 ns,总时间约为200纳秒为单个转换。因此,系统达到一个有用的最大转化率5 MHz /通道。

彻底描述模块,所有渠道和市场都是独立测试,但是,为了简便起见,只有一个频道的时间分辨率和黑暗值为45 ns图全面范围14;更多细节上的表现和支架用来进行测量可以在找到83年,111年]。时间分辨率,可以获得取决于所选的身上。如图14显示,51 ps应用(考虑到mid-FSR价值)45 ns身上,一般来说,它提高了FSR是减少:切换从88纳秒到45 ns身上,可以观察到两倍增加,分辨率与测量的半最大值宽度比例从110 ps到55 ps。FSR是进一步降低,分辨率改善系数:低时间分辨率为22 ns FSR是30 ps,最短的距离,减少到18 ps。相反,峰DNL值是常数和极好的市场,低于4%的时间宽度为几乎所有的时间延迟。最后,相声,以最糟糕的操作条件(83年),导致峰干扰低于6%的时间宽度,极其薄弱,在一个实际的TCSPC收购完全可以忽略不计。

5.3。第二代点扫描仪测试原型

TomOptUS集团在2007年证明了可行性,为一个检测通道,诉诸SPAD探测器来取代更笨重的pmt点测量(117年]。这表明可以获得足够的信号的探测器尽管规模小得多的光敏区(50μ米直径typ相比。≈pmt的8毫米)。从那时起,其他小组也调查发表的可能使用扩散光学成像测量(118年- - - - - -121年]。我们现在已经一步通过修改上述1 st-generation扫描仪集成SPAD探测器和紧凑型8-fully-parallel-channel PoliMi TCSPC模块上面描述。这是展示一个更大的规模的小型化的可行性检测通道,建立设计标准的发展与这些技术的第二代扫描仪。这是第一步检测密度高的实现完全平行TD-DOT扫描仪,即每个检测通道将有自己的电子产品,而不是诉诸于路由器的介绍信道间的相声,也进一步限制了可能的光子计数率。

更具体地说,在第一代扫描仪的荧光通道,我们取代了pmt的SPAD探测器(PDM模块,50μ50 m活跃的直径,<暗计数/ s热电冷却,和50 ps名义时间分辨率但是我们的模块有更好的表演时间分辨率平均42岁ps)从微观光子设备(MPD,博尔扎诺,意大利)和适应了optomechanics(镜片和镜片管)因此由于光敏面积比较小,相比发表的pmt (50μ米和8毫米)(图15)。的PoliMi举办TCSPC模块替换Becker&Hickl TCSPC卡片的荧光通道。扫描仪的软件也被修改,以获得的数据PoliMi TCSPC模块。我们选择与荧光通道,建立可行性自比内在的荧光信号弱得多,因此可行性与荧光检测权证可行性的内在情况。此外,对于小动物成像,荧光成像比内在更大利益的成像。

5.4。结果:与第一代相比扫描仪

我们有第一次的时间分辨率荧光特征渠道发表和8路PoliMi TCSPC模块。这个时间分辨率直接取决于TCSPC电子和发表的时间分辨率。我们经营TCSPC模块FSR设定在22 ns的时间分辨率为30 ps如前所述。我们获得的平均在830 nm IRF的半最大值宽度所有7频道的54 ps变化从49 62 ps。这是一个三倍减少PMT的第一代渠道相比扫描仪。

然后我们进行测量荧光EPATs发表和8路PoliMi模块重构荧光夹杂物定位地图部分中给出的方法4.4。2。图16结果显示代表1和3中夹杂物平面的定位(2 d)和3 3 d夹杂物。这不是这里的目的进入这些结果的详细分析,但一般来说,定位错误更大当使用发表而同pmt(图11给一个代表性的例子)。这可以追溯到与发表的信号与当前光机位通道配置相比同pmt在同等条件下(同一光子计数集合时间)。这要求一个光机位返工检测通道获得一个设计优化的发表,这样光收集可以增加;目前的当前版本发表渠道仅仅是适应pmt的通道设计。较小的光学等光机位返工是一个重大的挑战需要采取为了实现密集的频道包装,同时增加光线聚集力量。此外,处理小光学元素带来了更多stingent要求对齐,从而在公差。这些都是需要解决的重大实践问题。Ovecoming这些困难将是一个非常重要的一步TD-DOT技术减少数据采集时间,正如前面所讨论的一个主要瓶颈。

图17显示了典型的EPAT预测(也称为“正弦图”34)获得pmt和发表。这样的预测作为获取定位数据地图。给定EPAT投影对应EPATs测量对于一个给定的集合点激光注入介质;也就是说,源(S)的位置保持固定。可以看到,EPAT预测与发表获得比同pmt吵着。这就解释了为什么定位误差较大的数据获得比pmt发表。再一次,这不是一个问题与SPAD探测器而是当前optomechanics可行。

结果呈现在图16清楚地表明,成像与发表取代PMT是可能的,我们可以假设,设计适当的光机位,SPAD渠道应该方法的性能或等于PMT的通道。同样的结论也出于过去进行调查在我们的实验室117年]。这就是为什么我们追求发展的扫描仪和发表。

6。摘要、结论,和目前的工作

在这次审查中,我们提供了背景光与生物组织相互作用的激励的优势采取TD测量的信号从而获得更高的信息内容。这种信号的特征表示与测量相关的挑战。这导致要求获得他们所需的仪器没有尽可能多的令人不安的数据的完整性。然后我们继续现在的仪器,我们为小动物开发点成像(第一代TD-DOT扫描仪)基于PMT探测器和TCSPC卡满足这些要求;也就是说,它能够获得和保持其完整的信号,但它不这样做在足够短的时间内小动物成像的实用目的。这使我们调查TCSPC技术可以克服这个困难,这是SPAD探测器和TCSPC完全并行多通道高度集成的电子产品。我们开发了一个原型扫描器基于这些技术和证明,他们将允许开发下一代TD-DOT扫描仪,我们能够获得结果类似pmt和TCSPC卡片。然而,挑战基础上,优化检测通道optomechanics发表的“微观”感光区域为了将获得信号的振幅水平与同pmt和他们的“宏观”感光区域。这是真正的挑战在我们面前还有进一步的电子集成能够处理至少64或更多的并行检测通道。通过这种方式,它将成为可能进行TD的层析数据采集在合理的时间没有机械运动探测器,目前提高采集速度的限制因素。 This is the purpose of the work undertaken here and currently pursued in our laboratories.

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

伊夫Berube-Lauziere承认金融支持FRQ-NT(项目de矫揉造作的en运动队及其装备),NSERC格兰特(发现),CFI(新机遇基金)这项工作。伊夫Berube-Lauziere FRQ-S-funded中心的会员de矫揉造作的杜·德·路易斯塔里夫大学医疗中心(CR-CHUS)。