利用一種新型激光成像技術(shù)，科學(xué)家可實(shí)時(shí)查看小型動(dòng)物的體內(nèi)狀況。該技術(shù)以光線和超聲波為基礎(chǔ)，分辨率足以使科學(xué)家看清動(dòng)物器官、流動(dòng)的血液、擴(kuò)散的黑色素瘤細(xì)胞、以及高效運(yùn)作神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這樣一來(lái)，研究人員便可監(jiān)測(cè)藥物在動(dòng)物體內(nèi)擴(kuò)散的過(guò)程，了解不同器官對(duì)藥物的反應(yīng)。

圖為用光聲成像技術(shù)生成的小鼠器官圖像。該技術(shù)將光線與超聲波結(jié)合，可實(shí)時(shí)生成完整的斷層掃描圖。

圖為用光聲成像技術(shù)生成的小鼠腸道圖像。

此次研究由杜克大學(xué)和加州理工學(xué)院聯(lián)合開展。該技術(shù)名為“單脈沖光聲計(jì)算機(jī)斷層掃描成像”（簡(jiǎn)稱SIP-PACT），利用光顯微技術(shù)和超聲波成像技術(shù)觀察動(dòng)物的體內(nèi)狀況。研究人員稱，對(duì)小型動(dòng)物的活體掃描一直存在圖像分辨率和掃描速度的限制，而這一新技術(shù)可以解決這一問(wèn)題。

它可以實(shí)時(shí)生成動(dòng)物體內(nèi)的斷層掃描圖，以成年小鼠為例，每秒可生成50張完整的斷層掃描結(jié)果。“光聲成像技術(shù)可以實(shí)時(shí)生成小型動(dòng)物身體的完整斷層掃描圖像，被我們寄予厚望。”此次研究的共同作者、杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授Junjie Yao博士指出，“利用這一技術(shù)，研究人員可輕松監(jiān)測(cè)藥物在動(dòng)物體內(nèi)的分布情況，以及不同器官對(duì)藥物的反應(yīng)。”

光聲成像技術(shù)在同一平臺(tái)上整合了多種成像技術(shù)。傳統(tǒng)的光顯微技術(shù)可快速生成高分辨率圖像，通過(guò)不同組織吸收、反射或發(fā)散的光線波長(zhǎng)（即顏色），反映動(dòng)物的身體內(nèi)部細(xì)節(jié)。例如，黑色素可吸收近紅外光，而血液對(duì)光線的反應(yīng)則取決于血氧量高低。然而，由于大部分光線在穿透組織時(shí)會(huì)發(fā)生散射，成像深度僅有幾毫米。相比之下，超聲波能夠輕松穿透身體組織，因此可使我們觀察得更為深入。但超聲波無(wú)法判斷組織的化學(xué)成分，因此無(wú)法像光線一樣、為我們提供重要的診療信息。

核磁共振成像技術(shù)（MRI）也能觀察到組織內(nèi)部情況，但需要借助強(qiáng)大的磁場(chǎng)，且生成圖像的時(shí)間較長(zhǎng)，從幾秒到幾分鐘不等，X光和正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)（PET）又會(huì)產(chǎn)生大量輻射，不可用于長(zhǎng)時(shí)間觀察，但光聲成像技術(shù)利用的是強(qiáng)大而短暫的激光脈沖，可在保證安全的前提下、使細(xì)胞發(fā)出超聲波，進(jìn)而穿透身體組織。

在此次最新研究中，Yao博士和加州理工學(xué)院的Lihong Wang博士還使光聲成像技術(shù)的速度和掃描范圍都得到大幅提升。他們組建了一臺(tái)環(huán)形超聲探測(cè)器和一套快速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用三角測(cè)量法確定小型動(dòng)物體內(nèi)各道超聲波的來(lái)源，最終，改進(jìn)后的成像技術(shù)可深入生物組織內(nèi)部五厘米，分辨率達(dá)亞毫米級(jí)，同時(shí)還保留了傳統(tǒng)光顯微技術(shù)提供的信息。

“這相當(dāng)于把夏天午后一秒內(nèi)收集的陽(yáng)光壓縮到一片指甲那么大的面積中，然后在一納秒內(nèi)發(fā)射出去。” Yao博士解釋道。他近十年來(lái)一直致力于研究這一技術(shù)。“激光擊中細(xì)胞后，其攜帶的能量使細(xì)胞稍有升溫、體積立即膨脹，由此產(chǎn)生了超聲波，這就像是緩緩?fù)苿?dòng)一個(gè)物體和用力擊打它、使其震動(dòng)之間的區(qū)別，我們可了解生物體內(nèi)的全方位信息，每次激光脈沖都不會(huì)遺漏任何細(xì)節(jié)，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生物體內(nèi)動(dòng)態(tài)，如心臟的跳動(dòng)、動(dòng)脈的擴(kuò)張、不同組織的功能等。”

研究人員利用該技術(shù)追蹤了黑色素瘤細(xì)胞在小鼠血管內(nèi)轉(zhuǎn)移的過(guò)程，同時(shí)拍攝了整個(gè)大腦神經(jīng)網(wǎng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的視頻。“這一技術(shù)功能十分強(qiáng)大，因?yàn)樗鼰o(wú)需注入任何造影劑。” Yao博士指出，“這樣我們就能確定生物體內(nèi)的變化不是由外部原因引起的。我們認(rèn)為這一技術(shù)在臨床前期成像和臨床診斷領(lǐng)域有著巨大潛力。”

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