超声成像突破衍射极限,有望检测肿瘤

作者: Johanna L. Miller

来源: 赛先生

发布日期: 2016-05-27 07:11:47

2014年的诺贝尔化学奖激励了声学领域的研究者开发出超分辨超声技术,该技术能够以10微米的分辨率成像老鼠大脑血管,并有望应用于人体检测肿瘤。

2014年的诺贝尔化学奖授予克服了光学成像中衍射极限限制而将荧光显微成像的分辨率带入到“纳米时代”的三位科学家。受此启发,研究者们在声学领域开发了类似的技术以快速获得精细的超声图像。从很多方面看,超声波都非常适合用于无创生物医学成像。超声波的产生和探测既简单又廉价,能深入穿透到组织内部而不会造成组织损伤,同时还不会失去其相干性。但由于衍射的存在,传统超声成像的分辨率被限制在约半波长的量级。

在波长使用范围为200微米和1毫米之间的临床超声应用中,这个分辨率限制了包括小血管在内的很多重要组织的成像。虽然更短的波长能够获得更好的分辨率,但它们对于组织的穿透能力又不够。在光学领域,科学家们已经克服了光学成像中长期存在的衍射极限,将荧光显微成像的分辨率带入到“纳米时代”,此项技术也荣膺2014年的诺贝尔化学奖。

受此启发,巴黎郎之万研究所的米克尔·坦特和同事最近开发出一项超分辨超声技术,凭借这项技术,他们获得了老鼠大脑血管的10微米分辨率成像。此项技术运用于人体将有助于检测能导致血液流动模式改变的癌症和其他疾病。通过这项新技术,几种会干扰血液循环的病症就有可能被诊断出来。某些疾病,譬如中风,其特点在于通过某些血管的血流量会发生变化;而另外一些疾病,比如癌症,则会改变血管本身的结构。

为了向核心部分提供营养,体积较大的肿瘤必须长出自己的血管,这种血管在很多方面都不同于健康组织中的血管,而且即便较小的早期肿瘤也会影响周边血管网络的结构,使原本整齐笔直的血管变得蜿蜒扭曲。

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