最新技術(shù)實(shí)現(xiàn)通過(guò)激光散斑流變學(xué)，對(duì)組織力學(xué)進(jìn)行光學(xué)成像！

【手機(jī)軟件：博科園】從癌癥和動(dòng)脈粥樣硬化到神經(jīng)退行性疾病和骨科疾病，大多數(shù)疾病都伴隨著組織僵硬的變化。長(zhǎng)期以來(lái)，臨床醫(yī)學(xué)一直依賴于對(duì)可疑區(qū)域進(jìn)行手動(dòng)觸診來(lái)檢測(cè)組織硬度以進(jìn)行診斷。超聲、MRI和OCT等成像手段也可以有效地測(cè)量組織剛度?，F(xiàn)在，激光散斑流變學(xué)(LSR)提供了一種新的非接觸式光學(xué)方法。激光散斑流變學(xué)使用一種與普通激光指示器類似的廉價(jià)激光器，將激光照射到組織上：

并使用相機(jī)對(duì)樣品中光散射顆粒反射的斑點(diǎn)圖案進(jìn)行成像。哈佛醫(yī)學(xué)院皮膚病學(xué)副教授西曼蒂尼·納德卡尼(Seemantini Nadkarni)在威爾曼光醫(yī)學(xué)中心實(shí)驗(yàn)室開發(fā)了激光散斑流變學(xué)，激光散斑圖案在傳達(dá)組織硬度方面的作用：在柔軟、柔順的標(biāo)本中，光散射顆?？焖僖苿?dòng)，導(dǎo)致散斑圖案以更快的速度波動(dòng)。相比之下，在堅(jiān)硬的標(biāo)本中，密集的纖維網(wǎng)絡(luò)限制了這些運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致散斑斑點(diǎn)閃爍緩慢，通過(guò)測(cè)量散斑波動(dòng)率，激光散斑流變學(xué)能夠測(cè)量組織的復(fù)雜材料屬性。

激光散斑流變學(xué)（LSR）

其研究成果發(fā)表在《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)》期刊上，對(duì)組織力學(xué)中的光學(xué)方法進(jìn)行了及時(shí)和視覺(jué)上豐富的回顧，其中特別關(guān)注激光散斑流變學(xué)。將激光散斑流變學(xué)平臺(tái)翻譯為基礎(chǔ)研究和臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用程序的各種臨床應(yīng)用程序?！渡镝t(yī)學(xué)光學(xué)》期刊主編、達(dá)特茅斯學(xué)院塞耶工程學(xué)院工程科學(xué)布萊恩·波格教授表示：

這結(jié)合了實(shí)驗(yàn)方法中如何設(shè)計(jì)和使用散斑場(chǎng)測(cè)量的關(guān)鍵方面，以及細(xì)胞、基質(zhì)和生物組織表征方面的需求。研究回顧了體外應(yīng)用和體內(nèi)組織成像，然后總結(jié)了該領(lǐng)域的歷史和發(fā)展趨勢(shì)。為了從生物力學(xué)角度將激光散斑流變學(xué)平臺(tái)的覆蓋范圍，擴(kuò)展到人類疾病的研究和診斷，研究小組開發(fā)了各種利用激光散斑流變學(xué)平臺(tái)在血液學(xué)、介入心臟病學(xué)和癌癥研究中應(yīng)用的設(shè)備。

手掌大小的凝血傳感器

一個(gè)主要主題涉及使用激光散斑流變學(xué)在護(hù)理點(diǎn)檢測(cè)患者的出血和血栓性疾病。該團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)出一種手掌大小的凝血傳感器，名為iCoagLab，它使用幾滴血來(lái)測(cè)量各種參數(shù)，在幾分鐘內(nèi)評(píng)估患者的凝血狀態(tài)。當(dāng)血液凝塊太慢或太快，而產(chǎn)生的凝塊非常疏松或非常堅(jiān)硬，導(dǎo)致出血或血栓事件時(shí)，就會(huì)發(fā)生凝血障礙。通過(guò)使用LSR測(cè)量和監(jiān)測(cè)凝血的硬度，可以識(shí)別危及生命的凝血缺陷，并可能指導(dǎo)出血患者的輸血策略，或者為有血栓情況的患者提供血液稀釋劑的劑量信息。

繪制血管內(nèi)組織剛度圖

LSR也可以通過(guò)內(nèi)窺鏡、導(dǎo)管或針中結(jié)合的小直徑光纖束進(jìn)行，以評(píng)估身體內(nèi)部組織，否則傳統(tǒng)機(jī)械測(cè)試可能無(wú)法接觸到這些組織。例如，心肌梗死是世界范圍內(nèi)主要的死亡原因，其發(fā)生是由于血管壁內(nèi)機(jī)械弱斑塊的破裂。研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)開發(fā)了血管內(nèi)LSR導(dǎo)管技術(shù)，以生成整個(gè)血管壁的剛度圖，并檢測(cè)與心臟病發(fā)作有關(guān)的機(jī)械不穩(wěn)定脂肪斑塊。并且已經(jīng)在人類身體和活體動(dòng)物模型的冠狀動(dòng)脈中測(cè)試了LSR導(dǎo)管技術(shù)，并正在將該技術(shù)推向臨床前和臨床設(shè)置。

新型LSR顯微鏡將有助于癌癥研究

多年來(lái)，各種基本的機(jī)械生物學(xué)研究，都強(qiáng)調(diào)了組織和疾病的微觀機(jī)械方面的重要性，并呼吁使用新的工具來(lái)測(cè)量這些特性。研究還開發(fā)了一種新的LSR顯微鏡，可以在幾十微米的長(zhǎng)度尺度上繪制組織和材料硬度圖。該研究的合著者、威爾曼光醫(yī)學(xué)中心電氣工程助理、哈佛醫(yī)學(xué)院皮膚病講師哈賈里安(Hajjarian)表示：新的LSR顯微鏡方案只需幾秒鐘就能捕捉到幾厘米組織樣本上的剛度分布圖。

相比之下，用傳統(tǒng)微壓痕技術(shù)獲得的類似測(cè)量可能需要幾個(gè)小時(shí)。研究已經(jīng)在癌癥惡性腫瘤的體外模型和從患者身上收集的腫瘤樣本中，展示了這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。涉及到這些物理原理如何驅(qū)動(dòng)散斑幀系列不同處理方面的技術(shù)方面，以量化對(duì)組織性質(zhì)或功能重要的機(jī)械參數(shù)。開發(fā)處理算法和理論基礎(chǔ)的流程圖方法，提供了理解測(cè)量?jī)?nèi)容所需的基本知識(shí)。

博科園｜研究/來(lái)自：SPIE

研究發(fā)表期刊《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)》

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