由韓國大邱慶北科學(xué)技術(shù)院電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系的Jin Ho Chang教授、Jae Youn Hwang教授所領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)合研小組開發(fā)了世上首個利用超聲波臨時產(chǎn)生的氣泡，對生物組織進(jìn)行更深入、更詳細(xì)觀察的激光掃描顯微成像技術(shù)。這項(xiàng)研究j結(jié)果發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上。

光學(xué)成像和治療技術(shù)在生命科學(xué)研究和臨床實(shí)踐中已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。然而由于組織內(nèi)部發(fā)生的光學(xué)散射，光的透射率較低，因此光學(xué)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(xué)成像技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展。

美國OCM用于深層組織成像的原理。

2017年， Jin Ho Chang教授的團(tuán)隊(duì)提出了一個設(shè)想：生物組織在高強(qiáng)度超聲波照射下，會產(chǎn)生的微米大小氣泡，能夠克服這一成像障礙。他們發(fā)明了一種利用超聲波臨時產(chǎn)生的氣泡、使光學(xué)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(lián)合研究小組專注于利用超聲波誘導(dǎo)產(chǎn)生的氣泡，擴(kuò)大光學(xué)成像技術(shù)的應(yīng)用。共聚焦熒光顯微鏡是一種選擇性地檢測光焦平面上產(chǎn)生的熒光信號、并對癌細(xì)胞等微結(jié)構(gòu)進(jìn)行高分辨率、高對比度成像的設(shè)備。它以其優(yōu)異的性能成為生命科學(xué)研究中應(yīng)用最廣泛的儀器。然而由于組織內(nèi)部發(fā)生的光散射，在深度大于100微米的情況下光的焦點(diǎn)變得模糊，限制了共聚焦熒光顯微鏡的應(yīng)用有效性。

為了增加共聚焦熒光顯微鏡等光學(xué)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(fā)生的光散射而造成的傳播方向扭曲。然而此前發(fā)明的基于超聲產(chǎn)生稀疏氣泡的方法并不能實(shí)現(xiàn)這一效果。

因此，該聯(lián)合研究小組開發(fā)了超聲波技術(shù)，在需要的區(qū)域制造出活組織內(nèi)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(fā)生扭曲。

目前已通過實(shí)驗(yàn)證明，即使在更深處的生物組織中也能實(shí)現(xiàn)光聚焦。此外，將超聲誘導(dǎo)組織透明技術(shù)應(yīng)用于共聚焦熒光顯微鏡，在世界上首次開發(fā)了超聲誘導(dǎo)光學(xué)透明顯微成像技術(shù)（UltraSound-induced Optical Clearing Microscopy, US-OCM），成像深度是傳統(tǒng)共聚焦顯微鏡的6倍。

特別值得注意的是，本研究開發(fā)的US-OCM對組織沒有造成任何損傷：當(dāng)停止超聲照射時，產(chǎn)生的氣泡消失，組織的光學(xué)性質(zhì)重新恢復(fù)到氣泡產(chǎn)生前。這表明US-OCM技術(shù)對活體無害。

DGIST電氣工程與計(jì)算機(jī)科學(xué)系的Jin Ho Chang教授說：“通過與超聲和光學(xué)成像專家的密切合作，我們成功克服了現(xiàn)有光學(xué)成像和治療技術(shù)的固有局限性。這項(xiàng)新的技術(shù)將應(yīng)用于各種光學(xué)成像技術(shù)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(nèi)的幾種光學(xué)療法中，通過增加成像和治療深度來增強(qiáng)現(xiàn)有技術(shù)的應(yīng)用�！�

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