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光可借助超聲波在生物組織深處治療癌癥
2012-07-02
做個(gè)如超聲波般簡(jiǎn)單的檢查就能診斷癌癥，不開(kāi)刀也能進(jìn)行手術(shù)?美國(guó)加州理工學(xué)院的工程師開(kāi)發(fā)出一種技術(shù)，能有效地將光線聚焦在生物組織內(nèi)，從而有望實(shí)現(xiàn)這些設(shè)想。
此前，光線只能聚焦約1毫米深，而研究團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在能將聚焦深度提升至2.5毫米。隨著未來(lái)光電硬件的改進(jìn)，光線的聚焦深度有望在數(shù)年內(nèi)提升至10厘米?？茖W(xué)家稱(chēng)，通過(guò)提升光的功率，在組織深處可生成緊密的激光聚焦區(qū)域，有希望借此制成使皮膚免受傷害的激光手術(shù)刀。相關(guān)研究報(bào)告發(fā)表在6月26日出版的《自然通訊》上。
一般來(lái)說(shuō)，生物組織都是不透明的，會(huì)分散光線，因此想要獲得有關(guān)器官內(nèi)部細(xì)胞或分子的圖像，就需要將光束聚焦在組織之上。為實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)，科研人員利用了高頻振動(dòng)超聲波的兩個(gè)屬性：一是高頻聲波不會(huì)被組織所分散;第二，超聲振動(dòng)與光發(fā)生相互作用時(shí)，可以輕微地改變光的頻率，即產(chǎn)生所謂的聲光效應(yīng)，光的顏色也會(huì)產(chǎn)生微弱變化。
在實(shí)驗(yàn)中，研究團(tuán)隊(duì)將超聲波聚焦于組織樣本內(nèi)部一個(gè)很小的區(qū)域內(nèi)，隨后將光照射在樣本上，使光發(fā)生散射。由于聲光效應(yīng)，所有穿過(guò)該區(qū)域的散射光都會(huì)略微改變顏色，因此科學(xué)家可挑出顏色發(fā)生變化的光并將其記錄在全息干板上。只要移動(dòng)超聲波的聚焦區(qū)域，就能隨之控制光的聚焦區(qū)域。
研究團(tuán)隊(duì)隨后展示了新方法如何被用于熒光成像：他們將帶有“CIT”熒光圖案的凝膠塊嵌入組織樣本，并通過(guò)聚焦的光束掃描樣本。聚焦的光會(huì)擊中并激發(fā)熒光圖樣，從而使發(fā)光的“CIT”字母從組織內(nèi)部放射出來(lái)。同樣，他們還利用這一技術(shù)為被所標(biāo)記出的腫瘤拍攝了圖像，就像例行的超聲波過(guò)程一樣，這為非侵入式診斷奠定了基礎(chǔ)。
另外，新技術(shù)還可與光動(dòng)力學(xué)療法結(jié)合以治療癌癥。在這個(gè)過(guò)程中，含有光敏、抗癌化合物的藥物將被注入病患體內(nèi)。癌細(xì)胞會(huì)優(yōu)先吸收這些化合物，因此其可在得到光線照射時(shí)殺死癌細(xì)胞。由于光很容易發(fā)生散射，目前這種療法僅被用于組織的表面，而新技術(shù)的進(jìn)展能夠支持醫(yī)生觸及組織內(nèi)部更深的癌細(xì)胞，從而達(dá)到更好的治療效果。
總編輯圈點(diǎn)：
光成像和超聲成像現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用，卻各有利弊。然而，通過(guò)利用兩者結(jié)合產(chǎn)生的聲光效應(yīng)，解決了光成像的深度和超聲成像的精度等問(wèn)題，做到了揚(yáng)長(zhǎng)避短，有望成為一種低成本、高對(duì)比度和高分辨率的深層組織無(wú)損醫(yī)學(xué)成像方法。盡管聲光成像技術(shù)從理論到工程設(shè)計(jì)都趨于成熟，但卻一直受制于無(wú)法找到穩(wěn)定且穿透力強(qiáng)的激光源。因此，這項(xiàng)研究中光線聚焦深度的增加，確實(shí)是一種可喜且關(guān)鍵的進(jìn)步，我們也對(duì)未來(lái)光電硬件的改進(jìn)充滿(mǎn)期待。
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