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拉曼光學(xué)信號(hào)實(shí)現(xiàn)光照安全劑量?jī)?nèi)14厘米肌肉組織穿透檢測(cè)

來源：時(shí)間：2023-01-31 14:05:18 瀏覽：2188次

醫(yī)學(xué)成像技術(shù)如計(jì)算機(jī)斷層掃描、核磁共振或正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描等雖然能診斷深層病灶，但存在采集時(shí)間長(zhǎng)、儀器昂貴或輻射劑量大等原因，與之相比，光學(xué)檢測(cè)和成像方法具有實(shí)時(shí)、高靈敏、非電離輻射、采集方便等優(yōu)勢(shì)，結(jié)合外源性造影劑可以提供生物體結(jié)構(gòu)、功能和分子的精確信息，但光在生物組織中的穿透深度一直受限，目前廣泛使用的熒光成像技術(shù)的組織穿透深度通常只有幾毫米，因此在光照安全劑量?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)更深穿透深度成為了科學(xué)家一直在突破的方向。

透射拉曼光譜信號(hào)的理論計(jì)算

為了解決本領(lǐng)域的上述重要問題，上海交通大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)院葉堅(jiān)團(tuán)隊(duì)首先從透射拉曼光譜測(cè)量過程中拉曼光子傳播的理論建模和計(jì)算入手，研究了實(shí)驗(yàn)參數(shù)（組織厚度、SERS納米探針位置、納米探針亮度、激光功率和光束尺寸）對(duì)透射拉曼光譜探測(cè)深度的影響。理論計(jì)算表明，透射拉曼信號(hào)與信號(hào)源的埋深之間呈不對(duì)稱的U型關(guān)系，說明病變位于組織中部時(shí)信號(hào)最弱，對(duì)透射拉曼信號(hào)的檢測(cè)是最具挑戰(zhàn)性的。而提高SERS納米探針的亮度是增加檢測(cè)深度/透射組織厚度最直接有效的途徑。此外，光束尺寸的增大對(duì)深部病灶的透射拉曼檢測(cè)強(qiáng)度幾乎沒有影響。因此，可以采用較大的激光束尺寸來降低功率密度。

基于這些發(fā)現(xiàn)，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)制備了超亮SERS納米探針與自制的透射拉曼裝置相結(jié)合，開發(fā)了一個(gè)拉曼檢測(cè)/成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有以下優(yōu)點(diǎn)：深度檢測(cè)能力，使用了低至單顆粒檢測(cè)水平的超亮SERS納米探針；臨床光安全，樣品表面的激光功率密度低于安全光照劑量閾值。

利用該系統(tǒng)，團(tuán)隊(duì)成功地在安全光照劑量?jī)?nèi)通過體外14 cm厚的組織實(shí)現(xiàn)了對(duì)包埋在其中的SERS納米探針的檢測(cè)，與目前已報(bào)道的透射拉曼光譜檢測(cè)研究相比，穿透深度提高了約97%。進(jìn)一步地，團(tuán)隊(duì)在安全光照劑量?jī)?nèi)實(shí)現(xiàn)了1.5 cm厚未剃毛活鼠體內(nèi)深層SERS納米探針的體內(nèi)無創(chuàng)成像，相比之下，傳統(tǒng)的背散射拉曼成像無法獲得顯著信號(hào)。這項(xiàng)工作為透射拉曼光譜技術(shù)在體內(nèi)非侵入性生物醫(yī)學(xué)檢查方面的發(fā)展提供了新的見解。

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