香港城市大学开发出了多波长光学分辨率光声显微镜

   小金工        

2021年3月23日,香港城市大学的研究人员开发了基于单个激光源的多波长光学分辨率光声显微镜(OR-PAM)系统。该系统可同时对血红蛋白浓度、血流速度、血氧饱和度和淋巴液浓度进行多对比度成像。在新系统能够提供的水平上,信息提供了对疾病模型研究(例如在癌症研究中)有用的亚细胞见解。


光声成像从目标生物组织的内在吸收特性的平台进行工作。当被激光束作为目标时,组织吸收光并产生热量,从而开始引起热膨胀的过程,并由此引起机械超声波或光声波。当超声波换能器接收到该波时,它会以允许科学家产生显示组织中光吸收分布的图像的过程对其进行重构。


香港城市大学开发出了多波长光学分辨率光声显微镜

同时进行血红蛋白浓度,血氧饱和度,血流速度和淋巴液浓度的多对比度OR-PAM


OR-PAM是一种相对较新的混合成像技术,可提供高分辨率和高对比度的图像,并已在实时,多对比度功能成像中找到了用途。大多数商用激光器的波长选择有限,再加上现有扫描方法的局限性,这意味着该技术在单次扫描中最多只能获得两种类型的对比度。这些因素使得该方法耗时并且迄今为止难以在需要捕获生物组织中功能信息的动态变化的应用中使用。


为了改进该方法,王立岱及其团队开发了一种基于单波长纳秒激光源的五波长光纤激光源。由于它能够在亚微秒级的时间范围内切换波长,因此该光源为同时开发多功能OR-PAM提供了一条途径。该团队通过测量能量波动和漂移,测试成像深度以及OR-PAM成像的横向和轴向分辨率来验证其系统。


香港城市大学开发出了多波长光学分辨率光声显微镜


Wang说,该系统基于模拟的拉曼散射(SRS)效应。本质上,泵浦激光源产生的散射激光束的波长比通过光纤的原始入射光束的波长长。一旦泵浦激光源的能量超过阈值,生成的SRS波长将保持高方向性,高单色性和高相干性,使其成为OR-PAM的合适光源,其多个散射波长可实现多对比度光声成像。


该小组还开发了一种多参数图像处理方法,用于计算微血管的直径,深度和曲折度。这种发展为疾病建模提供了图像分析基础。


该团队进一步进行了肿瘤发展,淋巴清除和脑部成像的多功能成像。


为了测试独立系统,团队成员对体内的小动物进行了多功能显微镜成像,评估了血红蛋白浓度,血流速度,血氧饱和度和淋巴浓度。他们还分析了成像区域中不同血管的形态和功能差异(包括直径,血流量,血氧水平等)。


传统的多功能OR-PAM需要多个扫描和激光源才能达到这种结果,这意味着研究人员的工作解决了两个重要问题。其一是组织内血管的微环境随时间而变化。多次长期扫描会导致功能成像不一致。


第二个问题是不同激光源的异步性。产生的波动会产生系统的计算误差。通过使用单一源,该方法实现了具有单次扫描的多功能成像,从而缩短了成像时间并提高了成像精度。


这项研究发表在Advanced Photonics上。



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