使用世界上第一超声诱导组织透明技术的医学光学成像

由电气工程与计算机科学系的JinHoChang教授和JaeYounHwang教授领导的DGIST联合研究小组开发了世界上第一个激光扫描显微镜技术，可以利用暂时存在的气泡对生物组织进行更深入、更详细的观察超声波产生的。

光学成像和治疗技术广泛应用于生命科学研究和临床实践。然而，由于组织中发生光散射，光透射率较低。因此，深部组织的图像采集和治疗存在固有的局限性。这大大阻碍了应用领域的扩展。

为了克服这个问题，2017年，JinHoChang教授的团队设想可以使用在组织暴露于高强度超声波时通常观察到的微米级气泡。他们开发了一种基于超声波临时产生的气泡在与入射光的传播方向相同的方向上产生光散射的技术，从而增加了光的穿透深度。

此外，JinHoChang教授和JaeYounHwang教授的联合研究团队专注于利用超声诱导气泡扩大光学成像技术的应用。共聚焦荧光显微镜是一种选择性检测在光焦平面上产生的荧光信号并提供诸如癌细胞等微结构的高分辨率、高对比度图像的设备。由于其高性能，它是生命科学研究中使用最广泛的设备。然而，由于组织内部发生的光散射，光的焦点在超过100µm的深度处变得模糊，这极大地限制了共聚焦荧光显微镜的应用和有效性。

为了增加光学成像方式的最大成像深度，例如共焦荧光显微镜，构成照射光的光子必须不存在其传播方向因组织中的光散射而扭曲的现象。然而，先前开发的基于由超声波稀疏产生的气泡的方法并不是解决方案。

因此，这个联合研究小组开发了超声波技术，在活体组织内具有密集气泡(密度为90%或更高)的所需区域创建气泡层，并在获取图像的同时保持生成的气泡。在该气泡层中，不会发生光子传播方向的畸变。

因此，实验证明即使在更深的生物组织中也可以进行光聚焦。此外，通过将该技术(即超声诱导组织透明)应用于共聚焦荧光显微镜，在世界上首次开发出本研究命名的超声诱导光学透明显微镜(US-OCM)，成像深度是传统共聚焦显微镜的六倍。

特别是本研究开发的US-OCM对组织没有造成任何损伤，因为当停止超声照射时，产生的气泡消失，光学特性恢复到气泡产生之前，表明它对组织无害。活的身体。

DGIST电气工程和计算机科学系的JinHoChang教授说：“通过与超声和光学成像专家的密切合作，我们能够克服现有光学成像和治疗技术的固有局限性。”

“通过这项研究获得的技术将应用于各种光学成像技术，包括多光子显微镜和光声显微镜，以及包括光热疗法和光动力疗法在内的几种光学疗法。这将通过增加其图像和治疗深度来增强现有技术的应用。"