科学最新技术：实现通过激光散斑流变学，对组织力学进行光学成像！ |科技|激光|

从癌症和动脉粥样硬化到神经退行性疾病和骨科疾病，大多数疾病都伴随着组织僵硬的变化。长期以来，临床医学一直依赖于对可疑区域进行手动触诊来检测组织硬度以进行诊断。超声、MRI和OCT等成像手段也可以有效地测量组织刚度。现在，激光散斑流变学(LSR)提供了一种新的非接触式光学方法。激光散斑流变学使用一种与普通激光指示器类似的廉价激光器，将激光照射到组织上：

本文插图
并使用相机对样品中光散射颗粒反射的斑点图案进行成像。哈佛医学院皮肤病学副教授西曼蒂尼·纳德卡尼(Seemantini Nadkarni)在威尔曼光医学中心实验室开发了激光散斑流变学，激光散斑图案在传达组织硬度方面的作用：在柔软、柔顺的标本中，光散射颗粒快速移动，导致散斑图案以更快的速度波动。相比之下，在坚硬的标本中，密集的纤维网络限制了这些运动，导致散斑斑点闪烁缓慢，通过测量散斑波动率，激光散斑流变学能够测量组织的复杂材料属性。
激光散斑流变学（LSR）
其研究成果发表在《生物医学光学》期刊上，对组织力学中的光学方法进行了及时和视觉上丰富的回顾，其中特别关注激光散斑流变学。将激光散斑流变学平台翻译为基础研究和临床医学应用程序的各种临床应用程序。《生物医学光学》期刊主编、达特茅斯学院塞耶工程学院工程科学布莱恩·波格教授表示：

本文插图
这结合了实验方法中如何设计和使用散斑场测量的关键方面，以及细胞、基质和生物组织表征方面的需求。研究回顾了体外应用和体内组织成像，然后总结了该领域的历史和发展趋势。为了从生物力学角度将激光散斑流变学平台的覆盖范围，扩展到人类疾病的研究和诊断，研究小组开发了各种利用激光散斑流变学平台在血液学、介入心脏病学和癌症研究中应用的设备。
手掌大小的凝血传感器
一个主要主题涉及使用激光散斑流变学在护理点检测患者的出血和血栓性疾病。该团队已经开发出一种手掌大小的凝血传感器，名为iCoagLab ，它使用几滴血来测量各种参数，在几分钟内评估患者的凝血状态。当血液凝块太慢或太快，而产生的凝块非常疏松或非常坚硬，导致出血或血栓事件时，就会发生凝血障碍。通过使用LSR测量和监测凝血的硬度，可以识别危及生命的凝血缺陷，并可能指导出血患者的输血策略，或者为有血栓情况的患者提供血液稀释剂的剂量信息。
绘制血管内组织刚度图
LSR也可以通过内窥镜、导管或针中结合的小直径光纤束进行，以评估身体内部组织，否则传统机械测试可能无法接触到这些组织。例如，心肌梗死是世界范围内主要的死亡原因，其发生是由于血管壁内机械弱斑块的破裂。研究团队已经开发了血管内LSR导管技术，以生成整个血管壁的刚度图，并检测与心脏病发作有关的机械不稳定脂肪斑块。并且已经在人类身体和活体动物模型的冠状动脉中测试了LSR导管技术，并正在将该技术推向临床前和临床设置。
新型LSR显微镜将有助于癌症研究
多年来，各种基本的机械生物学研究，都强调了组织和疾病的微观机械方面的重要性，并呼吁使用新的工具来测量这些特性。研究还开发了一种新的LSR显微镜，可以在几十微米的长度尺度上绘制组织和材料硬度图。该研究的合著者、威尔曼光医学中心电气工程助理、哈佛医学院皮肤病讲师哈贾里安(Hajjarian)表示：新的LSR显微镜方案只需几秒钟就能捕捉到几厘米组织样本上的刚度分布图。