Noninvasive measurement of fluorophore concentration in turbid media with a simple fluorescence/reflectance ratio technique

Abstract

Measurement of the concentration of fluorescent compounds in turbid media is difficult because the absorption and multiple scattering of excitation and emission of light has a large effect on the detected fluorescence. For surface measurements with optical fibers we demonstrate by experiments and numerical simulation that this effect can be minimized by measurement of the fluorescence at one source-detector distance, the diffusely reflected excitation light at a second distance, and with the ratio of these two signals as an indicator of fluorophore concentration. For optical properties typical of soft tissue in the red and the near infrared the optimum performance is obtained by measurement of fluorescence at 0.65 mm and reflectance at 1.35 mm. This choice reduces the rms error in fluorophore concentration to 14.6% over a wide range of absorption and scattering coefficients.

Fluorescence measurements for evaluating the application of multivariate analysis techniques to optically thick environments.

“…Accounting for the effect of scattering to obtain "scattering-free" fluorescence spectra has been of interest to the research community for some time [27][28][29][30][31][32][33][34][35]. Light scattering could be incorporated into our experiment by adding a scattering matrix to the cuvette-contained samples.…”

A review of attenuation correction techniques for tissue fluorescence

“…The proportionality was confirmed experimentally for distances of less than 1 mm. Weersink et al (2001) measured the escaping fluorescence and reflectance at two different distances from an excitation fibre. Experimental investigations and Monte Carlo simulations were carried out and it was established that there was an optimum combination of the distances at which the effects of changes in scattering and absorption on the fluorescence-reflectance ratio were minimised.…”

Расчет Передаточных Функций Многослойных Биотканей В Задачах Коррекции Их Спектров Флуоресценции

“…В эмпирических методах результат измерений представляется в виде сигнала флуоресценции F(λ ex , λ em ), нормированного на эмпирическую функцию отражательных способностей среды R (измеряемых при той же геометрии, что сиг-нал F) на длинах волн возбуждения λ ex и испуска-ния λ em флуоресценции [5][6][7][8]. Параметры корректирую-щей функции определяют путем минимизации разброса результатов измерений для тестовых сред с различными оптическими параметрами и одинаковым содержанием флуорофора [5][6][7].…”

“…Параметры корректирую-щей функции определяют путем минимизации разброса результатов измерений для тестовых сред с различными оптическими параметрами и одинаковым содержанием флуорофора [5][6][7]. В работе [8] на основе эксперимен-тальных исследований и численного моделирования пе-реноса излучения в однородной среде показано, что при измерении сигналов флуоресценции и отражения на двух оптимальных и различающихся расстояниях от облучаемой площадки отношение этих сигналов слабо подвержено влиянию поглощения и рассеяния света в среде. Однако данный метод не учитывает разли-чие оптических параметров среды на длинах волн λ ex и λ em , накладывает жесткие ограничения на конструкцию измерительного устройства и требует калибровочных измерений для сред с известными концентрациями флуорофора.…”