最新技術(shù)實現(xiàn)通過激光散斑流變學(xué)，對組織力學(xué)進行光學(xué)成像！

【手機軟件：博科園】從癌癥和動脈粥樣硬化到神經(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。長期以來，臨床醫(yī)學(xué)一直依賴于對可疑區(qū)域進行手動觸診來檢測組織硬度以進行診斷。超聲、MRI和OCT等成像手段也可以有效地測量組織剛度?，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激光器，將激光照射到組織上：

并使用相機對樣品中光散射顆粒反射的斑點圖案進行成像。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)中心實驗室開發(fā)了激光散斑流變學(xué)，激光散斑圖案在傳達組織硬度方面的作用：在柔軟、柔順的標本中，光散射顆?？焖僖苿樱瑢?dǎo)致散斑圖案以更快的速度波動。相比之下，在堅硬的標本中，密集的纖維網(wǎng)絡(luò)限制了這些運動，導(dǎo)致散斑斑點閃爍緩慢，通過測量散斑波動率，激光散斑流變學(xué)能夠測量組織的復(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，對組織力學(xué)中的光學(xué)方法進行了及時和視覺上豐富的回顧，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)合了實驗方法中如何設(shè)計和使用散斑場測量的關(guān)鍵方面，以及細胞、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。為了從生物力學(xué)角度將激光散斑流變學(xué)平臺的覆蓋范圍，擴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

一個主要主題涉及使用激光散斑流變學(xué)在護理點檢測患者的出血和血栓性疾病。該團隊已經(jīng)開發(fā)出一種手掌大小的凝血傳感器，名為iCoagLab，它使用幾滴血來測量各種參數(shù)，在幾分鐘內(nèi)評估患者的凝血狀態(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硬，導(dǎo)致出血或血栓事件時，就會發(fā)生凝血障礙。通過使用LSR測量和監(jiān)測凝血的硬度，可以識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也可以通過內(nèi)窺鏡、導(dǎo)管或針中結(jié)合的小直徑光纖束進行，以評估身體內(nèi)部組織，否則傳統(tǒng)機械測試可能無法接觸到這些組織。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)機械弱斑塊的破裂。研究團隊已經(jīng)開發(fā)了血管內(nèi)LSR導(dǎo)管技術(shù)，以生成整個血管壁的剛度圖，并檢測與心臟病發(fā)作有關(guān)的機械不穩(wěn)定脂肪斑塊。并且已經(jīng)在人類身體和活體動物模型的冠狀動脈中測試了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，各種基本的機械生物學(xué)研究，都強調(diào)了組織和疾病的微觀機械方面的重要性，并呼吁使用新的工具來測量這些特性。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)獲得的類似測量可能需要幾個小時。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，展示了這項技術(shù)的獨特優(yōu)勢。涉及到這些物理原理如何驅(qū)動散斑幀系列不同處理方面的技術(shù)方面，以量化對組織性質(zhì)或功能重要的機械參數(shù)。開發(fā)處理算法和理論基礎(chǔ)的流程圖方法，提供了理解測量內(nèi)容所需的基本知識。

博科園｜研究/來自：SPIE

研究發(fā)表期刊《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)》

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