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光透明结合激光散斑成像实施高分辨血流成像

2014-05-20 11:09
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  光学成像能获取组织和细胞的结构和功能信息,在生命科学的基础研究与应用研究中表现出巨大潜力。但在活体研究时,组织的高散射限制了光在组织中的穿透深度,从而影响了成像的分辨率和对比度。利用外科手术建立起来的一系列的“窗”模型为光学成像的活供应用提供了一个有效的观测窗,但仍存在诸多不足。近些年发展起来的组织光透明技术能有效降低组织散射、提高光在组织中的穿透深度,但多数研究都集中在离体水平。

  近年来,生物医学光子学功能实验室朱丹教授及其研究小组一直致力于活体组织光透明的研究。发展针对活体皮肤光透明方法,通过表面涂抹光透明剂能让皮肤在数分钟内快速透明,让激光散斑成像技术高分辨、高对比度成像皮下血管及血流分布成为可能。同时,该课题组还首次针对颅骨光透明进行了研究,建立了新型的颅骨光透明方法,能够在无需磨薄或移除颅骨的情况,实施大脑皮层血流成像。

  相关的研究工作引起了本领域专家的关注,于2012年应邀为国际期刊《Laser & Photonics Reviews》撰写组织光透明研究进展的综合评述(7(5), 732-757, 2013)。2013年,再次应国际期刊IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics的邀请,撰写综合评述。如果前者旨在系统地评述了组织光透明领域的研究进展;那么,近期的综述则是应邀介绍其课题组在光透明“皮窗/颅窗”实现高分辨血流成像的研究进展(Review: Tissue Optical Clearing Window for Blood Flow Monitoring Using Laser Speckle Contrast Imaging)。

  激光散斑成像技术是骆清铭教授、李鹏程教授发展起来的新技术,不仅在大脑功能成像中发挥重要作用,而且应用于多种血管性疾病的诊断与疗效评估。但组织中混浊特性会降低激光散射成像的对比度与分辨率,朱丹教授课题组发展的皮肤/颅骨光透明“窗”,则能有效克服这一不足。文中首先对激光散斑成像的原则及存在的问题入手,介绍了其课题组发展的皮肤光透明方法及其对激光散斑皮肤血流成像质量的改善;以及其对外源性试剂引入可能存在的安全性研究进展进行了阐述,证明其无明显的短期副作用及与长期影响;特别介绍了颅骨光透明方法、以及其对激光散斑大脑皮层血流成像质量的提升;最后,对本领域仍存在的问题进行的分析与展望。

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