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新型激光成像技术可实时查看小型动物体内状况

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-06-01  浏览次数:57
核心提示:利用一种新型激光成像技术,科学家可实时查看小型动物的体内状况。该技术以光线和超声波为基础,分辨率足以使科学家看清动物器官
利用一种新型激光成像技术,科学家可实时查看小型动物的体内状况。该技术以光线和超声波为基础,分辨率足以使科学家看清动物器官、流动的血液、扩散的黑色素瘤细胞、以及高效运作神经网络等。这样一来,研究人员便可监测药物在动物体内扩散的过程,了解不同器官对药物的反应。

图为用光声成像技术生成的小鼠器官图像。该技术将光线与超声波结合,可实时生成完整的断层扫描图。

图为用光声成像技术生成的小鼠肠道图像。
此次研究由杜克大学和加州理工学院联合开展。该技术名为“单脉冲光声计算机断层扫描成像”(简称SIP-PACT),利用光显微技术和超声波成像技术观察动物的体内状况。研究人员称,对小型动物的活体扫描一直存在图像分辨率和扫描速度的限制,而这一新技术可以解决这一问题。
它可以实时生成动物体内的断层扫描图,以成年小鼠为例,每秒可生成50张完整的断层扫描结果。“光声成像技术可以实时生成小型动物身体的完整断层扫描图像,被我们寄予厚望。”此次研究的共同作者、杜克大学生物医学工程助理教授Junjie Yao博士指出,“利用这一技术,研究人员可轻松监测药物在动物体内的分布情况,以及不同器官对药物的反应。”
光声成像技术在同一平台上整合了多种成像技术。传统的光显微技术可快速生成高分辨率图像,通过不同组织吸收、反射或发散的光线波长(即颜色),反映动物的身体内部细节。例如,黑色素可吸收近红外光,而血液对光线的反应则取决于血氧量高低。然而,由于大部分光线在穿透组织时会发生散射,成像深度仅有几毫米。相比之下,超声波能够轻松穿透身体组织,因此可使我们观察得更为深入。但超声波无法判断组织的化学成分,因此无法像光线一样、为我们提供重要的诊疗信息。
核磁共振成像技术(MRI)也能观察到组织内部情况,但需要借助强大的磁场,且生成图像的时间较长,从几秒到几分钟不等,X光和正电子发射计算机断层扫描技术(PET)又会产生大量辐射,不可用于长时间观察,但光声成像技术利用的是强大而短暂的激光脉冲,可在保证安全的前提下、使细胞发出超声波,进而穿透身体组织。
在此次最新研究中,Yao博士和加州理工学院的Lihong Wang博士还使光声成像技术的速度和扫描范围都得到大幅提升。他们组建了一台环形超声探测器和一套快速数据采集系统,利用三角测量法确定小型动物体内各道超声波的来源,最终,改进后的成像技术可深入生物组织内部五厘米,分辨率达亚毫米级,同时还保留了传统光显微技术提供的信息。
“这相当于把夏天午后一秒内收集的阳光压缩到一片指甲那么大的面积中,然后在一纳秒内发射出去。” Yao博士解释道。他近十年来一直致力于研究这一技术。“激光击中细胞后,其携带的能量使细胞稍有升温、体积立即膨胀,由此产生了超声波,这就像是缓缓推动一个物体和用力击打它、使其震动之间的区别,我们可了解生物体内的全方位信息,每次激光脉冲都不会遗漏任何细节,可以实时监测生物体内动态,如心脏的跳动、动脉的扩张、不同组织的功能等。”
研究人员利用该技术追踪了黑色素瘤细胞在小鼠血管内转移的过程,同时拍摄了整个大脑神经网高速运转的视频。“这一技术功能十分强大,因为它无需注入任何造影剂。” Yao博士指出,“这样我们就能确定生物体内的变化不是由外部原因引起的。我们认为这一技术在临床前期成像和临床诊断领域有着巨大潜力。”
 
 
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