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隨著光子學技術與生命科學的交叉融合發展，光學成像和光學治療已經成為當前醫學治療的重要手段和發展方向。目前，光學成像和治療技術被廣泛應用于生命科學研究和臨床實踐，但由于生物組織內存在光散射現象，使光傳輸率較低，導致組織深部的圖像采集和處理存在固有的局限性，嚴重阻礙了其廣泛使用。

為了克服這一點，2017年，大邱慶北科學技術院電氣工程與計算機科學系張金昊(音譯)教授領導的團隊提出了解決方案：使用通常在生物組織暴露于高強度超聲波時觀察到的微米大小的氣泡。超聲波暫時產生的氣泡會導致與入射光傳播方向相同的光散射，因此會增加光的穿透深度。

于是基于這一原理，研究團隊提出了一種稱為超聲誘導光學清除顯微鏡的方案，該方案利用基于超聲誘導氣泡的臨時局部光學清除。在這種方法中，氣泡由所需深度的高強度脈沖超聲產生，隨后在成像過程中由低強度連續超聲維持，從而加強了光的穿透深度。

共焦熒光顯微鏡能有選擇地檢測在光焦平面上產生的熒光信號，并提供微型生物組織(如癌細胞)的高分辨率、高對比度圖像，成為生命科學研究領域使用最廣泛的設備。但由于組織內發生的光散射，當深度超過100微米時，光的焦點會變得模糊，嚴重限制共焦熒光顯微鏡的應用和有效性。

為此，聯合研究團隊借助超聲波技術，在活組織內有密集氣泡(密度為90%或以上)的區域內創建一個氣泡層，并在獲取圖像時保持產生的氣泡。在這個氣泡層中，光子的傳播方向不會發生畸變，入射光子傳播方向上的光學散射和不需要的變化在氣泡云中最小化，因此激光可以緊密聚焦在更深的成像平面上。

通過幻像和離體實驗，即使在較深的生物組織中，也可以實現光聚焦。研究團隊通過將這項“超聲誘導組織透明性”技術應用于共焦熒光顯微鏡，開發出首個超聲波誘導光學清晰顯微鏡(US-OCM)，超聲誘導的光學透明顯微鏡能夠將成像深度增加6倍或更多，同時分辨率與傳統的激光掃描顯微鏡相似。

特別是，本研究中開發的US-OCM沒有對組織造成任何損傷，因為當超聲波照射停止時，生成的氣泡消失，光學特性恢復到氣泡生成之前，這表明它對生物體無害。研究人員還稱，通過此研究所研究獲得的新技術將應用于各種光學成像技術，包括多光子顯微鏡和光聲顯微鏡，以及包括光熱療法和光動力療法在內的幾種光學療法。該項研究結果發表在《自然光子學》上。

(資料來源：科技日報)

關鍵詞： 熒光顯微鏡 傳播方向 穿透深度