Lo scopo principale dell'integrazione di più bande d'onda da 405 nm a 940 nm in un sistema MSI è ottenere un'imaging completa e risolta in profondità del tessuto cutaneo. Utilizzando le diverse capacità di penetrazione delle diverse lunghezze d'onda, il sistema può visualizzare simultaneamente strutture superficiali e strati dermici profondi per costruire un'analisi tridimensionale della pelle.
Concetto chiave La luce interagisce con la pelle in modo diverso a seconda della sua lunghezza d'onda; le onde corte si fermano in superficie, mentre le onde lunghe penetrano più in profondità. Combinando bande specifiche (405, 525, 660 e 940 nm), un sistema MSI "affetta" efficacemente il tessuto otticamente, mappando la distribuzione spaziale di melanina ed emoglobina per calcolare accuratamente lo spessore e il volume di una lesione.
La fisica della penetrazione ottica
Profondità dipendente dalla lunghezza d'onda
Il principio fondamentale alla base di questa integrazione è che la profondità di penetrazione della luce è direttamente correlata alla sua lunghezza d'onda.
Le lunghezze d'onda corte possiedono un'energia maggiore ma vengono disperse e assorbite più rapidamente dal tessuto biologico. Al contrario, le lunghezze d'onda più lunghe incontrano una minore dispersione, consentendo loro di viaggiare più in profondità nel tessuto prima di tornare al sensore.
Visualizzazione strato per strato
Questa varianza consente alla luce anulare a LED di fungere da profondimetro non invasivo.
Ad esempio, la luce verde da 525 nm è una lunghezza d'onda corta che acquisisce dati principalmente dai tessuti superficiali e dall'epidermide. Al contrario, la luce infrarossa da 940 nm bypassa gli strati superiori per recuperare informazioni dal derma profondo.
Il ruolo dei 405 nm e 660 nm
Il sistema utilizza specificamente la luce da 405 nm per innescare e catturare l'autofluorescenza, che rivela l'attività biologica a livello superficiale.
Le lunghezze d'onda intermedie, come i 660 nm (luce rossa), colmano il divario tra la superficie e il derma profondo, garantendo un profilo continuo della struttura cutanea.
Creazione di una mappa biologica 3D
Tracciamento dei cromofori
L'obiettivo finale dell'utilizzo di queste bande specifiche è mappare la distribuzione dei cromofori, in particolare melanina ed emoglobina.
Questi composti assorbono la luce a firme specifiche. Analizzando quanta luce ritorna a ogni banda d'onda, il sistema determina la concentrazione e la posizione di questi cromofori.
Valutazione dello spessore della lesione
Poiché il sistema acquisisce dati dalla superficie (405/525 nm) fino al derma profondo (940 nm), va oltre la fotografia 2D.
Ricostruisce la distribuzione spaziale tridimensionale della lesione. Questa capacità è fondamentale per valutare lo spessore della lesione, una metrica chiave nella valutazione della gravità e della progressione delle condizioni della pelle.
Comprendere i compromessi
Dipendenza da cromofori specifici
Questo metodo si basa fortemente sulla presenza di melanina ed emoglobina per generare contrasto e dati di profondità.
Se una lesione o un'anomalia cutanea non contiene quantità significative di questi cromofori specifici, lo "spessore" e la struttura 3D derivati potrebbero essere meno accurati o più difficili da definire rispetto alle lesioni altamente pigmentate.
Risoluzione vs. Profondità
Esiste un compromesso ottico intrinseco tra la profondità di penetrazione e la risoluzione delle caratteristiche superficiali.
Mentre la luce a 940 nm raggiunge i tessuti profondi, spesso fornisce dettagli di risoluzione inferiori rispetto all'imaging nitido a livello superficiale della luce a 525 nm. È necessaria un'immagine composita per bilanciare la profondità strutturale con la chiarezza superficiale.
Fare la scelta giusta per il tuo obiettivo
Quando si configurano o si utilizzano sistemi MSI per l'imaging medico, considerare l'obiettivo clinico specifico:
- Se il tuo obiettivo principale è la topografia superficiale e l'attività biologica: Dai priorità all'analisi delle bande 405 nm (autofluorescenza) e 525 nm per ispezionare le irregolarità superficiali.
- Se il tuo obiettivo principale è determinare l'invasione tumorale o il volume della lesione: Affidati pesantemente ai dati della banda 940 nm per visualizzare il derma profondo e valutare lo spessore verticale del tessuto.
Sintetizzando queste molteplici viste spettrali, trasformi un'ispezione visiva standard in una valutazione medica volumetrica.
Tabella riassuntiva:
| Lunghezza d'onda | Spettro | Profondità di penetrazione | Focus Clinico Chiave |
|---|---|---|---|
| 405 nm | Viola/UV | Superficiale | Autofluorescenza e attività biologica superficiale |
| 525 nm | Verde | Epidermide | Tessuto superficiale e irregolarità epidermiche |
| 660 nm | Rosso | Mid-Dermis | Strutture intermedie e mappatura dell'emoglobina |
| 940 nm | Infrarosso | Derma Profondo | Spessore della lesione, volume e invasione del derma profondo |
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Riferimenti
- Noémi Nóra Varga, Norbert Kiss. Optically Guided High-Frequency Ultrasound Shows Superior Efficacy for Preoperative Estimation of Breslow Thickness in Comparison with Multispectral Imaging: A Single-Center Prospective Validation Study. DOI: 10.3390/cancers16010157
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