<p>光聲顯微鏡(PAM)是一種相對(duì)較新的成像技術(shù)，它使用激光在組織中誘導(dǎo)超聲波振動(dòng)。這些超聲波振動(dòng)，以及處理它們的計(jì)算機(jī)，可以用來創(chuàng)建組織結(jié)構(gòu)的圖像，其原理與超聲波成像的工作原理大致相同。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在過去的幾年里，加州理工學(xué)院布倫醫(yī)學(xué)工程和電氣工程教授王立宏開發(fā)了PAM技術(shù)，可以成像大腦中變化的血液流動(dòng)，檢測癌變組織，甚至識(shí)別單個(gè)癌細(xì)胞。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Wang_Lihong-FACULTY-2625-NEWS-WEB.max-250x250.jpg" alt="Lihong Wang" width="250" height="166" /> 然而，高分辨率(即光學(xué)分辨率)PAM的一個(gè)限制是其狹窄的景深，這意味著它一次只能聚焦一層薄薄的組織(大約30微米，或大約一個(gè)皮膚細(xì)胞的長度，分辨率為1到2微米)。為了看到設(shè)備正在觀看的平面上方或下方的東西，它需要在該平面上方或下方重新對(duì)焦。為了進(jìn)行比較，想象一個(gè)人戴上老花鏡做填字游戲。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Tree_bud_in_spring_f1.8.max-1000x1000.jpg" alt="Depth of field: At left, an image of a tree branch taken with a shallow depth of field. Only the foreground is in focus. At right, an image of the same branch taken with a deep depth of field. Both the foreground and background are in focus." width="808" height="271" /> 景深:左邊是用淺景深拍攝的樹枝圖像。只有前景是焦點(diǎn)。在右邊，這是用深景深拍攝的同一支樹枝的圖像。前景和背景都很清晰。</p> <p><br />圖片來源:NightWolf1223/Wikimedia Commons</p> <p><br />在《自然光子學(xué)》雜志上發(fā)表的一篇新論文中，王和他的研究團(tuán)隊(duì)展示了他們?nèi)绾伍_發(fā)出一種新的PAM變體，稱為針形光束光聲顯微鏡，或NB-PAM，其景深幾乎是以前可以實(shí)現(xiàn)的14倍。這意味著NB-PAM可以在不重新聚焦的情況下創(chuàng)建樣品的3-D圖像，并且可以更好地生成表面不均勻的樣品圖像。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/NB_PAM_liver.max-1000x1000.jpg" alt="An image of mouse liver tissue taken with traditional photoacoustic microscopy (left) compared to an image of mouse liver tissue taken with needle-shaped beam photoacoustic microscopy (right). In the image at the right, structures are in focus over a greater range of depth." width="808" height="347" />&nbsp;</p> <p>用傳統(tǒng)光聲顯微鏡拍攝的小鼠肝組織圖像(左)與用針形光束光聲顯微鏡拍攝的小鼠肝組織圖像(右)的比較。在右邊的圖像中，結(jié)構(gòu)在更大的深度范圍內(nèi)被聚焦。</p> <p><br />信貸:加州理工學(xué)院</p> <p><br />&ldquo;一些應(yīng)用，比如在不需要使用顯微鏡載玻片的情況下研究組織樣本，需要在高空間分辨率下對(duì)不均勻表面成像。&rdquo;第一作者、醫(yī)學(xué)工程博士后研究員曹睿(Rui Cao)說。&ldquo;傳統(tǒng)的PAM需要解決分辨率和景深之間的平衡問題，而我們的新技術(shù)已經(jīng)克服了這一問題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>NB-PAM通過使用更長更細(xì)的激光光束來提高其相對(duì)于相關(guān)PAM技術(shù)的景深，因此是&ldquo;針形&rdquo;的。光束光學(xué)特性的這種變化避免了與其他增加PAM技術(shù)的景深的嘗試相關(guān)的一些缺點(diǎn)，例如工作更慢，或需要更多的計(jì)算機(jī)處理能力。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/NB-PAM_2HkW2G1.max-1000x1000.jpg" alt="An illustration showing a side-by-side comparison of PAM techniques. In one, the laser comes to a sharp focus point and only dots near it are in focus. In the other, the beam is drawn into a long, thin neck, and objects throughout that neck are in focus." width="808" height="478" /> 傳統(tǒng)光聲顯微鏡(PAM)(左)與針狀光聲顯微鏡(NB-PAM)(右)的比較。在傳統(tǒng)的PAM中，只有靠近激光焦點(diǎn)的物體才能被清晰地成像。在NB-PAM中，更長的、更窄的光束允許物體在更大的深度范圍內(nèi)被清晰地成像。</p> <p><br />信貸:加州理工學(xué)院</p> <p><br />這種針形光束是用一種叫做衍射光學(xué)元件(DOE)的特殊裝置制造的。對(duì)于不經(jīng)意的觀察者來說，DOE看起來像一塊小玻璃，但它實(shí)際上是一塊熔融的二氧化硅，表面刻有精確的圖案。這些模式重塑了用于成像的光束，因此它不再聚焦在沿傳播軸的一個(gè)尖銳點(diǎn)上，而是被拉長成一個(gè)細(xì)長的頸部。因此，它能夠在更大的深度范圍內(nèi)清晰地成像物體。</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/DOE.max-500x500.jpg" alt="Fingers wearing a rubber glove appear in this close-up image of a diffractive optical element. The DOE appears as a small glass disc with a paint pattern at its center." width="500" height="467" /></p> <p>研究人員通過兩種方式證明了這種更大的景深:使用紫外線激光對(duì)新鮮器官樣本進(jìn)行成像，使用藍(lán)色激光對(duì)體內(nèi)小鼠大腦血管進(jìn)行成像。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這項(xiàng)技術(shù)為在手術(shù)中研究組織樣本提供了新的機(jī)會(huì)，這將允許完全去除癌細(xì)胞并最大限度地保存正常細(xì)胞。&rdquo;Wang說，他也是Andrew and Peggy Cherng醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)導(dǎo)主席;醫(yī)療工程執(zhí)行干事。&ldquo;手術(shù)室翻譯是未來研究的自然方向。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/rui_cao.max-250x250.jpg" alt="A portrait of Rui Cao, who stands in front of a fountain with his arms crossed." width="166" height="250" /></p> <p>這篇描述NB-PAM的論文題為&ldquo;具有針狀光束的光學(xué)分辨率光聲顯微鏡&rdquo;，發(fā)表在12月1日的《自然光子學(xué)》雜志上。合著者是李磊(19屆博士)、張一德和塞繆爾&middot;戴維斯，他們都是醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域的博士后學(xué)者;醫(yī)學(xué)工程研究生羅依琳;斯坦福大學(xué)的趙晶晶和Adam de la Zerda;賓夕法尼亞大學(xué)杜林;以及南加州大學(xué)的周啟發(fā)和蔣磊明。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究的資金由美國國立衛(wèi)生研究院提供。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>