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  • 世界上首個“超聲誘導的組織透明度”的醫學光學成像技術

    作者:光行天下小萌新譯 來源:物理學家組織網 時間:2022-10-08 14:58 閱讀:271 [投稿]
    開發了世上首個利用超聲波臨時產生的氣泡,對生物組織進行更深入、更詳細觀察的激光掃描顯微成像技術。

    由韓國大邱慶北科學技術院電氣工程與計算機科學系的Jin Ho Chang教授、Jae Youn Hwang教授所領導的聯合研小組開發了世上首個利用超聲波臨時產生的氣泡,對生物組織進行更深入、更詳細觀察的激光掃描顯微成像技術。這項研究j結果發表在《自然·光子學》上。

    光學成像和治療技術在生命科學研究和臨床實踐中已經被廣泛應用。然而由于組織內部發生的光學散射,光的透射率較低,因此光學手段在對深部組織圖像采集和處理方面存在著固有的局限性,極大地阻礙了光學成像技術應用領域的擴展。


    美國OCM用于深層組織成像的原理。

    2017年, Jin Ho Chang教授的團隊提出了一個設想:生物組織在高強度超聲波照射下,會產生的微米大小氣泡,能夠克服這一成像障礙。他們發明了一種利用超聲波臨時產生的氣泡、使光學散射方向與入射光的傳播方向一致的方法,能夠增加光的穿透深度。

    此外,Jin Ho Chang教授和Jae Youn Hwang教授的聯合研究小組專注于利用超聲波誘導產生的氣泡,擴大光學成像技術的應用。共聚焦熒光顯微鏡是一種選擇性地檢測光焦平面上產生的熒光信號、并對癌細胞等微結構進行高分辨率、高對比度成像的設備。它以其優異的性能成為生命科學研究中應用最廣泛的儀器。然而由于組織內部發生的光散射,在深度大于100微米的情況下光的焦點變得模糊,限制了共聚焦熒光顯微鏡的應用有效性。

    為了增加共聚焦熒光顯微鏡等光學成像方式的最大成像深度,輻照光的光子必須盡可能減少在其傳播方向上、因組織中發生的光散射而造成的傳播方向扭曲。然而此前發明的基于超聲產生稀疏氣泡的方法并不能實現這一效果。

    因此,該聯合研究小組開發了超聲波技術,在需要的區域制造出活組織內密集氣泡(密度90%以上)的氣泡層,并在獲取圖像的同時保持生成的氣泡。在這一氣泡層中光子的傳播方向不會發生扭曲。

    目前已通過實驗證明,即使在更深處的生物組織中也能實現光聚焦。此外,將超聲誘導組織透明技術應用于共聚焦熒光顯微鏡,在世界上首次開發了超聲誘導光學透明顯微成像技術(UltraSound-induced Optical Clearing Microscopy, US-OCM),成像深度是傳統共聚焦顯微鏡的6倍。

    特別值得注意的是,本研究開發的US-OCM對組織沒有造成任何損傷:當停止超聲照射時,產生的氣泡消失,組織的光學性質重新恢復到氣泡產生前。這表明US-OCM技術對活體無害。

    DGIST電氣工程與計算機科學系的Jin Ho Chang教授說:“通過與超聲和光學成像專家的密切合作,我們成功克服了現有光學成像和治療技術的固有局限性。這項新的技術將應用于各種光學成像技術中,包括多光子顯微鏡和光聲顯微鏡,以及包括光熱療法和光動力療法在內的幾種光學療法中,通過增加成像和治療深度來增強現有技術的應用!

    相關鏈接:https://phys.org/news/2022-10-medical-optical-imaging-world-ultrasound-induced.html 

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