Cilj doktorskega dela je primerjava spektroskopskih lastnosti tkiv na makroskopski skali z njihovo mikroskopsko strukturo. V sklopu dela smo identificirali tri poglavitne cilje. (I) Razviti in karakterizirati dva hiperspektralna sistema, ki skupaj pokrijeta makro- in mezo-skopsko področje slikanja ter mikroskopijo. (II) Razviti in karak- terizirati tkivne fantome, ki bodo služili za karakterizacijo sistemov in kot podlaga za preverjanje fizikalnih modelov. (III) Uporabiti oba sistema v klinični študiji in iskati povezave med spektroskopskimi lastnostmi tkiv in njihovo strukturo.
V prvem poglavju predstavimo osnovno teorijo interakcije med svetlobo in tkivi. Predstavimo sipanje svetlobe in njeno absorbcijo, pri čemer izhajamo iz enačbe sevalnega prenosa. Poseben poudarek posvetimo obravnavi sipanja v skladu z Mie- vo teorijo sipanja. Ker je izračun interakcije med svetlobo in tkivom računsko trd oreh, predstavimo nekaj algoritmov, ki lahko iz spektroskopskih podatkov izluščijo lastnosti tkiva.
V drugem poglavju predstavimo razvoj in karakterizacijo obeh hiperspektralnih sistemov. Razvoj mezo- do makro-skopskega sistema je osnovan na uporabi slikov- nega spektrografa, medtem ko je razvoj hiperspektralne mikroskopije osnovan na integraciji laboratorijskega mikroskopa z lastno razvitim monokromatorjem.
V tretjem poglavju predstavimo izdelavo in karakterizacijo tkivnih fantomov. Po obravnavi recepture za pripravo fantomov se lotimo natančnega preučevanja optičnih in strukturnih lastnosti, tako celotnih fantomov, kot njihovih osnovnih gradnikov. Z uporabo spoznanj o lastnostih fantomov analiziramo spektroskopske podatke, pri čemer uporabimo Mie-vo teorijo sipanja za opis sipalnih lastnosti. Makroskopske in teoretične rezultate primerjamo z rezultati mikroskopske hiperspektralne analize.
V četrtem poglavju uporabimo hiperspektralno slikanje v pred-klinični študiji peritonitisa na mišjih modelih. Trebušne stene slikamo z makroskopskim sistemom in na podlagi hiperspektralnih podatkov izluščimo lastnosti tkiv (prostorski delež krvi, oksigenacija, sipalne lastnosti). Iz njih izračunamo značilke, ki lahko statistično značilno določijo, ali je preiskovan subjekt obolel ali zdrav. Vse značilke primerjamo s histološkimi preiskavami. Iz makroskopskih slik izluščimo tudi strukturo žilja iz katere izračunamo dodaten set značilk. Na podlagi hiperspektralne mikroskopije iz- računamo reprezentacijo slike v Fourier-ovem prostoru, ki jo uporabimo za določanje nove značilke strukture vzorcev, ki korelira z makroskopskimi optičnimi lastnostmi.
V sklopu dela sta bila razvita in karakterizirana dva hiperspektralna sistema, ki smo ju uspešno uporabili v pred-klinični študiji. Razvili smo trdne tkivne fantome in njihove optične lastnosti z uporabo Mie-ve teorije sipanja povezali z mikroskopskimi strukturnimi lastnostmi. V pred-klinični študiji peritonitisa smo določili značilke na obeh velikostnih skalah in jih v iskanju povezav primerjali.
|