Intra-subject spatial changes in the optical properties of the female breast: A preliminary two-subject study

The spatial dependence of the optical properties of the female breast was investigated in the wavelength range 600–1000 nm using a fully automated system for time-resolved reflectance spectroscopy. Both absorption and reduced scattering spectra of the breast of two healthy volunteers, having different ages (24 and 44 years), were measured at eight different angular positions (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°), and age-related changes in the optical properties of breast were investigated. Both absorption and scattering properties change remarkably as a function of position. They also differ for the two subjects of different age. The best-fit of breast spectra with the combination of the absorption spectra of water, lipid, oxy-, and deoxyhemoglobin related the observed changes to the heterogeneous distribution of the main tissue constituents in the breast. The reduced scattering spectra were interpreted based on approximate Mie theory, which provides structural information about the tissue.

ZusammenfassungDie örtliche Abhängigkeit der optischen Eigenschaften der weiblichen Brust wurde im Wellenlängenbereich 600–1000 nm mit Hilfe eines vollständig automatisierten Systems für die zeitaufgelöste Reflexionsspektroskopie untersucht. Absorptions- und reduzierte Streuspektren der Brust zweier gesunder Probandinnen unterschiedlichen Alters (24 und 44 Jahre) wurden bei acht verschiedenen Winkelpositionen (0°, 45°, 90°, 135°, 180°, 225°, 270°, 315°) gemessen und altersabhängige Veränderungen der optischen Eigenschaften untersucht. Die Absorptions- und Streueigenschaften änderten sich deutlich sowohl in Abhängigkeit von der Position als auch vom Alter der Probandinnen. Der Fit der Brustspektren mit der Kombination der Absorptionsspektren von Wasser, Fett, Oxy- und Deoxyhämoglobin ermöglicht es, die beobachteten Veränderungen auf die Verteilung der Hauptgewebekonstituenten zuzuordnen. Die effektiven Streuspektren wurden basierend auf der angenäherten Mie-Theorie interpretiert, wodurch man strukturelle Informationen über das Gewebe erhält.