纳米光子学与生物光子学吉林省重点实验室, 跨尺度微纳制造教育部重点实验室, 长春理工大学, 中国 长春, 130022
生物组织光透明技术针对生物组织具有的高散射及浑浊特性, 严重影响生物组织成像的对比度及分辨率等问题, 提供了较好的解决办法。把离体猪皮表面涂抹不同浓度的聚乙二醇、甘油、丙二醇这些光学透明剂(Optical Clearing Agents, OCA), 利用光学相干断层析(Optical Coherence Tomography, OCT)技术对其进行动态监测, 有效地提取测量信号在渗透过程中随测量深度的变化。结果表明, 利用光透明技术均可增加OCT的成像深度, 但对于不同OCA不同深度的作用效果不同。该研究为了解OCA浓度及作用时间对于不同深度最优选择, 提供有价值的数据参考, 进一步理解了OCA的作用机制, 对于OCA在医学方面的应用有一定的指导作用。
光学相干断层析 生物组织检测 生物组织光透明技术 光学透明剂 Optical Coherence Tomography Biological tissue detection Tissue Optical Clearing Optical Clearing Agents
1 华南师范大学生物光子学研究院教育部激光生命科学重点实验室，广东 广州 510631
2 华南师范大学生物光子学研究院广东省激光生命科学重点实验室，广东 广州 510631
3 福建师范大学医学光电科学与技术教育部重点实验室，福建 福州 350007
4 中山大学附属第一医院心胸外科，广东 广州 510080
研究脉冲超声强度为0~0.8 W/cm2时的不同强度超声对在体的人皮肤中甘油溶液的渗透性和光穿透深度的影响。实验采用光学相干断层扫描（OCT）成像技术做定量连续的测量。研究结果表明，脉冲超声强度为0~0.8 W/cm2时，超声具有加速甘油溶液渗透、增强光穿透皮肤的能力，且皮肤的光透明效果随超声强度的增加而增大。以仅施加甘油溶液的样品为对照组，而施加超声作用及甘油溶液的样品为实验组。实验组和对照组的比较结果表明，在分别经超声强度为0.2，0.4，0.6，0.8 W/cm2的超声处理的人体皮肤中，15%甘油的平均渗透系数与仅施加15%甘油处理的人体皮肤相比分别增加了2.6%，9.5%，14.7%，19.8%。脉冲超声处理的30%甘油在人体皮肤中的渗透系数分别高于仅施加30%甘油处理的对照组3.7%，12%，16.7%，22.2%。结论表明，应用强度为0.2~0.8 W/cm2的超声，甘油的平均渗透系数随超声强度的增加而增加。
生物技术 在体皮肤 生物组织光透明 光相干断层成像术 渗透系数 1/e光穿透深度 激光与光电子学进展
2022, 59(10): 1017001
1 福建医科大学附属第一医院口腔颌面外科,福建医科大学面部整复与重建研究室, 福建省颌面医学中心, 福建 福州 350005
2 厦门大学公共卫生学院分子疫苗学和分子诊断学国家重点实验室, 分子影像暨转化医学研究中心, 福建 厦门 361102
3 厦门大学医学院, 福建 厦门 361102
近年来组织光透明技术的飞速发展,为现代骨科临床基础研究带来了新的契机。组织光透明技术主要通过多种物理、化学手段,降低组织的光散射和光吸收,使光能在组织中更好地传播,从而增加光学成像的深度和对比度。结合多种荧光标记策略,实现更深层、更高分辨的骨组织及三维空间微结构信息,为突破骨这种高散射组织及骨疾病的分子影像学研究带来新的视角与方法。对组织光透明技术的原理及机制进行介绍,并重点从骨组织光透明成像技术的应用现状、新方法及透明机制三个方面加以详述,最后对该技术应用于骨及骨疾病的分子影像学研究前景进行展望。
医用光学 组织光透明技术 骨透明化 光学成像 三维成像 激光与光电子学进展
2021, 58(20): 2000001
1 华中科技大学-武汉光电国家研究中心, Britton Chance生物医学光子学研究中心, 湖北 武汉 430074
2 华中科技大学生物医学光子学教育部重点实验室, 湖北 武汉430074
现代光学成像技术与荧光标记技术不断发展,为高分辨地获取生物组织三维结构信息提供了重要的工具。然而,大多数生物组织具有不透明特性,限制了光在组织中的穿透深度,进而限制了光学成像技术在大组织或整体器官成像中的应用。近年兴起的组织光透明技术通过多种物理、化学手段降低组织对光的衰减,增加光穿透深度,从而提高光学成像的成像深度与成像质量,为整体组织器官的三维成像提供了全新的思路。本文从离体组织光透明方法、大组织器官标记方法、三维整体成像技术三个方面,对整体器官的光透明成像方法进行综述。
生物光学 三维成像 组织光透明 整体器官 光学成像 大组织标记
1 哈尔滨工业大学深圳研究生院电子与信息工程学院, 广东 深圳 518055
2 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室, 广东 深圳 518055
组织光透明技术结合双光子显微成像(TPM)技术能够有效提升生物样品的显微成像深度, 然而现有的光透明剂与常用显微物镜的浸润介质折射率并不匹配, 会引入球差从而降低深层组织成像的荧光强度和分辨率。针对该问题分析了球差对TPM荧光强度和分辨率的影响, 建立了由物镜特性(数值孔径和浸润介质)、聚焦深度和物体折射率等参数构成的球差补偿模型, 进而指导空间光调制器进行球差补偿。对荧光小球仿体样品和光透明脑组织样品的双光子成像结果显示, 该球差补偿方法能显著提升样品信号量和系统纵向分辨率。另外, 该方法在校正过程中无需多次成像, 操作简单且耗时短, 对光透明剂和显微物镜无特殊要求, 具有较强的通用性。
生物光学 双光子显微成像 自适应光学技术 组织光透明技术 像差校正
华中科技大学武汉光电国家实验室（筹）Britton Chance生物医学光子学研究中心, 湖北 武汉 430074
为探讨在体皮肤实验中最为简便有效的给药方式, 将化学渗透促进剂噻酮与聚乙二醇400（PEG400）的混合溶液直接作用于去除部分角质和含角质的在体大鼠皮肤, 利用CCD拍照进行直观观察, 并通过反射光谱的变化来反映皮肤光透明效果, 同时与单纯PEG400作用进行了对比。结果表明：混合溶液可以使去除部分角质皮肤在15 min内反射光谱明显下降, 并产生显著的光透明效果, 30 min后皮肤更加透明; 而单纯PEG400以及未去除角质层的完整皮肤均无光透明效果。因此, 结合物理方法去除部分角质层、并添加促渗剂噻酮, 能以非侵入方式, 快速、有效提高PEG400对在体皮肤的光透明效果。
医用光学 光透明效果 生物组织光透明技术 噻酮 在体皮肤
1 浙江理工大学理学院, 浙江 杭州 310018
2 北京交通大学物理系, 北京 100044
为了了解生物组织不同结构对光透明进程的影响,利用光相干断层成像术(OCT)和近红外光谱(NIR)对肌肉组织(猪骨骼肌)和上皮组织(猪胃黏膜)经丙三醇处理后的光透明效果进行了比较研究。结果表明,这两种组织的光相干断层成像术成像深度和内层次结构的成像对比度均得到改善;肌肉组织和胃黏膜组织的光透射率分别增加了21%和16%,而漫反射率分别降低了33%和21%;这两种结构组织的光透明效果(肌肉组织较好)和进程(肌肉组织较快)与各自的失水率和失水动力学成正相关,肌肉组织失水过程为先快后慢;胃黏膜组织的失水过程为先慢后快;肌肉组织的总失水率大于胃黏膜组织。这表明结构不同的生物组织的光透明效果存在差异,必须考虑其内部结构的影响。
医用光学和生物技术 生物组织光透明 光相干断层成像术 近红外光谱 生物组织结构
