본 연구는 광학현미경과 전자현미경을 사용해서 자외선을 사용하는 클린벤치에서 각막에 대한 자외선 조사의 영향을 측정하기 위해서 생쥐에 대해 실험을 수행하였다. 결과는 다음과 같다. 대조군에서 각막조직은 비교적 치밀하고, 각 층은 잘 확인되며, 각막의 두께는 일정하였다. 증가하는 실험시간에서 실험의 결과는 매우 차이가 있었다. 초기실험군의 경과들에서는 심하게 변성이 되었다. 그러나 얼마의 기질층들은 종대되고, 얼마의 상피조직은 정상의 모양이 아니었다. 중간실험군들의 결과들은 기질의 심한 종대, 일부지역의 소포, 상피의 응축, 내피의 불규칙한 배열이 있었다. 마지막 실험군의 결과에서는 각막조직의 위축, 내피조직의 종대와 공포화 상피의 부분적인 파괴, 각막조직의 불규칙적인 두께가 있었다.
Tissue optics is a well-established and extensively studied area. In the last decades, Monte Carlo simulation (MCS) has been one of the standard tools for simulation of light propagation in turbid media. The utilization of parallel processing exhibits dramatic increase in the speed of MCS's of photon migration. Some calculations based on MCS can be completed within a few seconds. Since the MCS's have the potential to become a real time calculation method, a dynamic accuracy estimation, which is also known as history by history statistical estimators, is required in the simulation code to automatically terminate the MCS as the results' accuracy achieves a high enough level. In this work, spatial and time-domain GPU-based MCS, adopting the dynamic accuracy estimation, are performed to calculate the light dose/reflectance in homogeneous and heterogeneous tissue media. This dynamic accuracy estimation can effectively derive the statistical error of optical dose/reflectance during the parallel Monte Carlo process.
The feasibility of the application of terahertz electromagnetic waves in the diagnosis of prostate cancer was examined. Four samples of incomplete cancerous prostatic paraffin-embedded tissues were examined using terahertz spectral imaging (TPI) system and the results obtained by comparing the absorption coefficient and refractive index of prostate tumor, normal prostate tissue and smooth muscle from one of the paraffin tissue masses examined were reported. Three hundred and sixty cases of absorption coefficients from one of the paraffin tissues examined were used as raw data to classify these three tissues using the Principal Component Analysis (PCA) and Least Squares Support Vector Machine (LS-SVM). An excellent classification with an accuracy of 92.22% in the prediction set was achieved. Using the distribution information of THz reflection signal intensity from sample surface and absorption coefficient of the sample, an attempt was made to use the TPI system to identify the boundaries of the different tissues involved (prostate tumors, normal and smooth muscles). The location of three identified regions in the terahertz images (frequency domain slice absorption coefficient imaging, 1.2 THz) were compared with those obtained from the histopathologic examination. The tissue tumor region had a distinctively visible color and could well be distinguished from other tissue regions in terahertz images. Results indicate that a THz spectroscopy imaging system can be efficiently used in conjunction with the proposed advanced computer-based mathematical analysis method to identify tumor regions in the paraffin tissue mass of prostate cancer.
Fundus images can reflect ocular diseases and systemic diseases such as glaucoma, diabetes mellitus, and hypertension. Thus, research on fundus-detection equipment is of great importance. The fundus camera has been widely used as a kind of noninvasive detection equipment. Most existing devices can only obtain two-dimensional (2D) retinal-image information, yet the fundus of the human eye also has spectral characteristics. The fundus has many pigments, and their different distributions in the eye lead to dissimilar tissue penetration for light waves, which can reflect the corresponding fundus structure. To obtain more abundant information and improve the detection level of equipment, a snapshot nonmydriatic fundus imaging spectral system, including fundus-imaging spectrometer and illumination system, is studied in this paper. The system uses a microlens array to realize snapshot technology; information can be obtained from only a single exposure. The system does not need to dilate the pupil. Hence, the operation is simple, which reduces its influence on the detected object. The system works in the visible and near-infrared bands (550-800 nm), with a volume less than 400 mm × 120 mm × 75 mm and a spectral resolution better than 6 nm.
Ik Hwan Kwon;Hoon-Sup Kim;Do Yeon Kim;Hyun-Ji Lee;Sang-Won Lee
Current Optics and Photonics
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제8권4호
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pp.327-344
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2024
Optical phantoms are essential in optical imaging and measurement instruments for performance evaluation, calibration, and quality control. They enable precise measurement of image resolution, accuracy, sensitivity, and contrast, which are crucial for both research and clinical diagnostics. This paper reviews the recent advancements and challenges in phantoms for optical coherence tomography, photoacoustic imaging, digital holographic microscopy, optical diffraction tomography, and oximetry tools. We explore the fundamental principles of each technology, the key factors in phantom development, and the evaluation criteria. Additionally, we discuss the application of phantoms used for enhancing optical-image quality. This investigation includes the development of realistic biological and clinical tissue-mimicking phantoms, emphasizing their role in improving the accuracy and reliability of optical imaging and measurement instruments in biomedical and clinical research.
A pulse is generated when the heart pumps blood into the arterial system. The heart pumps blood only when it contracts, not when it relaxes; therefore, blood enters the arterial system in a cyclical form. Artery beating is visible in some parts of the body surface, such as the radial artery of the wrist. This paper mainly uses the feature in which near-infrared spectroscopy penetrates skin to construct a non-invasive measurement system that can measure small vibration in the subcutaneous tissue of the human body, and then uses it for the pulse measurement. This measurement system uses the optical moir$\acute{e}$ principle, together with the fringe displacement made by small vibration in the subcutaneous tissue, and an image analysis program to calculate the height variation from small vibrations in the subcutaneous tissue. It completes a measurement system that records height variation with time, and that together with a fast Fourier transform (FFT) program, they can convert the pulse waveform generated by vibration (time-amplitude) to heartbeat frequency (frequency-amplitude). This is a new and non-invasive medical assistance system for measuring the pulse of the human body, with the advantages of being simple, fast, safe and objective.
Park, Sangjun;Min, Cheol Hong;Han, Seokyoung;Choi, Eunjin;Cho, Kyung-Ok;Jang, Hyun-Jong;Kim, Moonseok
Current Optics and Photonics
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제6권6호
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pp.550-564
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2022
Optical microscopy is a useful tool for study in the biological sciences. With an optical microscope, we can observe the micro world of life such as tissues, cells, and proteins. A fluorescent dye or a fluorescent protein provides an opportunity to mark a specific target in the crowd of biological samples, so that an image of a specific target can be observed by an optical microscope. The optical microscope, however, is constrained in resolution due to diffraction limit. Super-resolution microscopy made a breakthrough with this diffraction limit. Using a super-resolution microscope, many biomolecules are observed beyond the diffraction limit in cells. In the case of volumetric imaging, the super-resolution techniques are only applied to a limited area due to long imaging time, multiple scattering of photons, and sample-induced aberration in deep tissue. In this article, we review recent advances in super-resolution microscopy for volumetric imaging. The super-resolution techniques have been integrated with various modalities, such as a line-scan confocal microscope, a spinning disk confocal microscope, a light sheet microscope, and point spread function engineering. Super-resolution microscopy combined with adaptive optics by compensating for wave distortions is a promising method for deep tissue imaging and biomedical applications.
Chae, Yu-Gyeong;Park, Eun-Kee;Jeon, Min Yong;Jeon, Byeong-Hwan;Ahn, Yeh-Chan
Current Optics and Photonics
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제1권1호
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pp.17-22
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2017
Mechanical property of tissue is closely related to diseases such as breast cancer, prostate cancer, cirrhosis of the liver, and atherosclerosis. Therefore measurement of tissue mechanical property is important for a better diagnosis. Ultrasound elastography has been developed as a diagnostic modality for a number of diseases that maps mechanical property of tissue. Optical coherence elastography (OCE) has a higher spatial resolution than ultrasound elastography. OCE, therefore, could be a great help for early diagnosis. In this study, we made tissue phantoms and measured their compressive moduli with a rheometer measuring the response to applied force. Uniaxial strain of the tissue phantom was also measured with OCE by using cross-correlation of speckles and compared with the results from the rheometer. In order to compare stiffness of tissue phantoms by OCE, the applied force should be measured in addition to the strain. We, however, did not use a load cell that directly measures the applied force for each sample. Instead, we utilized one silicone film (called as reference phantom) for all OCE measurements that indirectly indicated the amount of the applied force by deformation. Therefore, all measurements were based on displacement, which was natural and effective for image-based elastography such as OCE.
본 연구는 망막조직의 미세구조를 전자현미경을 이용하여, 생쥐(ICR)에 대한 Laser 조사의 영향을 조사하였다. 그 결과는 다음과 같다. l. 정상군에서 대개의 망막층은 여러 특수한 세포들과 신경섬유로 구성된 복잡한 구조를 가지고 있었다. 2. Laser 조사의 기간이 길어질수록, 망막의 각 세포의 층과 구조는 일정한 형태를 나타내지 못했다. 시세포 visual cell들은 심하게 이형염색질체 heterochromatin이며, 세포질은 종대되며, 핵의 모양은 불규칙적이며,일부의 세포질은 소실되었다. 망막층의 핵과 신경섬유는 매우 불규칙적이며, 소포의 형성, 각 세포간 경계의 불명확함이 있었다. 색소상피세포 pigment epithelail cell들은 정상모양이 아니며, 세포질에는 큰 공포 형성이 있으며, 핵의 응축과 불규칙한 모양 등이 있었다.
Kim, In Gyoung;Lee, Changho;Kim, Hyeon Sik;Lim, Sung Chul;Ahn, Jae Sung
Current Optics and Photonics
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제6권1호
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pp.92-103
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2022
The development of midinfrared (mid-IR) quantum cascade lasers (QCLs) has enabled rapid high-contrast measurement of the mid-IR spectra of biological tissues. Several studies have compared the differences between the mid-IR spectra of colon cancer and noncancerous colon tissues. Most mid-IR spectrum classification studies have been proposed as machine-learning-based algorithms, but this results in deviations depending on the initial data and threshold values. We aim to develop a process for classifying colon cancer and noncancerous colon tissues through a deep-learning-based convolutional-neural-network (CNN) model. First, we image the midinfrared spectrum for the CNN model, an image-based deep-learning (DL) algorithm. Then, it is trained with the CNN algorithm and the classification ratio is evaluated using the test data. When the tissue microarray (TMA) and routine pathological slide are tested, the ML-based support-vector-machine (SVM) model produces biased results, whereas we confirm that the CNN model classifies colon cancer and noncancerous colon tissues. These results demonstrate that the CNN model using midinfrared-spectrum images is effective at classifying colon cancer tissue and noncancerous colon tissue, and not only submillimeter-sized TMA but also routine colon cancer tissue samples a few tens of millimeters in size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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