Our colleague Yuanke Feng recently proposes a “comprehensive dynamic optical coherence tomography (DOCT) simulation framework” designed to clarify the elationship between DOCT signals and underlying intracellular/intratissue motion.
DOCT is an emerging imaging technology which non-invasively assesses the intratissue and intracellular activities. Although DOCT is a proven modality for label-free metabolic imaging, the relationship between the DOCT contrast and the biological activity is not well understood.
Yuanke’s simulation framework integrates detailed mathematical models covering seven activity types (e.g., active transport, blood flow) summarized by three mathematical motion models: random-ballistic motion, diffusion, and mono-directional translation. It also includes two OCT signal formation models and a physically accurate noise model. The simulator is also equipped with representative DOCT algorithms.
Numerical studies showcase the framework's utility by investigating how DOCT signals are influenced by motion parameters.
This framework will enable detailed understanding of DOCT signals, and hence will vastly enhance the translation of DOCT to medical, biological, pharmaceutical research.
The simulation framework is available as an open-source Python library, and its detailed theory and design are published in Biomedical Optics Express.
Citation: Y. Feng, S. Fujimura, Y. Lim, T. Seesan, R. Morishita, I.A. El-Sadek, P. Mukherjee, S. Makita, and Y. Yasuno, "Dynamic-OCT simulation framework based on mathematical models of intratissue dynamics, image formation, and measurement noise," Biomed. Opt. Express 16, 2875-2897 (2025), https://doi.org/10.1364/BOE.564025
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わたしたちの研究室のYuanke Fengさんが「ダイナミック・光コヒーレンストモグラフィー（DOCT）の包括的なシミュレーションフレームワーク」を発表しました。これは、DOCT信号とその背後にある細胞内／組織内運動との関係を明らかにすることを目的としています。
DOCTは、組織内および細胞内の活動を非侵襲的に評価する新興のイメージング技術です。DOCTはラベルフリーの代謝イメージングにおいて実績のある手法ですが、DOCTコントラストと生体の生物学的活動の関係は十分に解明されていません。
Feng さんのシミュレーションフレームワークは、7種類の生体内活動（能動輸送、血流など）を網羅する詳細な数学モデルと、ランダム弾道運動、拡散、単方向並進という3つの数学的運動モデルによって構成されています。また、2つのOCT信号形成モデルと物理的に正確なノイズモデルも含まれています。シミュレータには、代表的なDOCTアルゴリズムも搭載されています。また、論文では、数値解析により、DOCT信号が運動パラメータによってどのように影響を受けるかを調査することで、このフレームワークの有用性が実証されています。
このフレームワークはDOCT信号の詳細な理解を可能にし、DOCTの医学、生物学、製薬研究への応用を大幅に促進することが期待されています。
このシミュレーションフレームワークはオープンソースのPythonライブラリとして提供されており、詳細な理論と設計はBiomedical Optics Express誌に掲載されています。
Citation: Y. Feng, S. Fujimura, Y. Lim, T. Seesan, R. Morishita, I.A. El-Sadek, P. Mukherjee, S. Makita, and Y. Yasuno, "Dynamic-OCT simulation framework based on mathematical models of intratissue dynamics, image formation, and measurement noise," Biomed. Opt. Express 16, 2875-2897 (2025), https://doi.org/10.1364/BOE.564025