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随着光子学技术与生命科学的交叉融合发展，光学成像和光学治疗已经成为当前医学治疗的重要手段和发展方向。目前，光学成像和治疗技术被广泛应用于生命科学研究和临床实践，但由于生物组织内存在光散射现象，使光传输率较低，导致组织深部的图像采集和处理存在固有的局限性，严重阻碍了其广泛使用。

为了克服这一点，2017年，大邱庆北科学技术院电气工程与计算机科学系张金昊(音译)教授领导的团队提出了解决方案：使用通常在生物组织暴露于高强度超声波时观察到的微米大小的气泡。超声波暂时产生的气泡会导致与入射光传播方向相同的光散射，因此会增加光的穿透深度。

于是基于这一原理，研究团队提出了一种称为超声诱导光学清除显微镜的方案，该方案利用基于超声诱导气泡的临时局部光学清除。在这种方法中，气泡由所需深度的高强度脉冲超声产生，随后在成像过程中由低强度连续超声维持，从而加强了光的穿透深度。

共焦荧光显微镜能有选择地检测在光焦平面上产生的荧光信号，并提供微型生物组织(如癌细胞)的高分辨率、高对比度图像，成为生命科学研究领域使用最广泛的设备。但由于组织内发生的光散射，当深度超过100微米时，光的焦点会变得模糊，严重限制共焦荧光显微镜的应用和有效性。

为此，联合研究团队借助超声波技术，在活组织内有密集气泡(密度为90%或以上)的区域内创建一个气泡层，并在获取图像时保持产生的气泡。在这个气泡层中，光子的传播方向不会发生畸变，入射光子传播方向上的光学散射和不需要的变化在气泡云中最小化，因此激光可以紧密聚焦在更深的成像平面上。

通过幻像和离体实验，即使在较深的生物组织中，也可以实现光聚焦。研究团队通过将这项“超声诱导组织透明性”技术应用于共焦荧光显微镜，开发出首个超声波诱导光学清晰显微镜(US-OCM)，超声诱导的光学透明显微镜能够将成像深度增加6倍或更多，同时分辨率与传统的激光扫描显微镜相似。

特别是，本研究中开发的US-OCM没有对组织造成任何损伤，因为当超声波照射停止时，生成的气泡消失，光学特性恢复到气泡生成之前，这表明它对生物体无害。研究人员还称，通过此研究所研究获得的新技术将应用于各种光学成像技术，包括多光子显微镜和光声显微镜，以及包括光热疗法和光动力疗法在内的几种光学疗法。该项研究结果发表在《自然光子学》上。

(资料来源：科技日报)

关键词： 荧光显微镜 传播方向 穿透深度