Imagerie optique médicale utilisant la première technologie au monde de « transparence tissulaire induite par ultrasons »

Une équipe de recherche conjointe de la DGIST dirigée par les professeurs Jin Ho Chang et Jae Youn Hwang du Département de génie électrique et d’informatique a développé la première technologie de microscopie laser au monde qui permet une observation plus approfondie et plus détaillée des tissus biologiques à l’aide de bulles de gaz temporaires produites par ultrasons. .

Les techniques d’imagerie et de traitement optiques sont largement utilisées dans la recherche en sciences de la vie et la pratique clinique. Cependant, étant donné que la diffusion optique se produit dans tissuLa transmission lumineuse bas. Ainsi, il existe des limites inhérentes à l’acquisition d’images et au traitement des tissus profonds. Cela entrave considérablement l’élargissement du champ d’application.

Pour contourner ce problème, en 2017, l’équipe du professeur Jin Hu Zhang a envisagé qu’il serait possible d’utiliser des bulles de gaz de taille micrométrique qui sont normalement observées lorsque les tissus sont exposés à des ultrasons de haute intensité. Ils ont développé une technologie basée sur le fait que des bulles de gaz créées temporairement par des ultrasons provoquent une diffusion de la lumière dans le même sens que la propagation de la lumière incidente, augmentant ainsi la profondeur de pénétration de la lumière.

De plus, l’équipe de recherche conjointe des professeurs Jin Ho Chang et Jae Youn Hwang s’est concentrée sur l’expansion de l’application de imagerie optique Technologie utilisant des bulles de gaz induites par ultrasons. Un microscope confocal à fluorescence est un appareil qui détecte sélectivement les signaux de fluorescence générés dans le plan focal de la lumière et fournit des images à haute résolution et à contraste élevé de microstructures telles que des cellules tumorales. C’est l’appareil le plus utilisé dans la recherche en sciences de la vie en raison de ses hautes performances. Cependant, le foyer de la lumière est flou à des profondeurs supérieures à 100 μm en raison de la diffusion de la lumière qui se produit dans le tissu, ce qui limite considérablement l’application et l’efficacité de la microscopie confocale.

Pour augmenter la profondeur d’imagerie maximale des modalités d’imagerie optique, telles que la microscopie confocale à fluorescence, les photons qui composent la lumière rayonnée ne doivent pas avoir un phénomène dans lequel leur direction de propagation est déformée par la diffusion de la lumière dans les tissus. Cependant, une méthode précédemment développée qui repose sur des bulles de gaz générées de manière insignifiante par ultrasons n’était pas une solution.

Par conséquent, l’équipe de recherche conjointe a développé une technologie à ultrasons pour créer une couche de bulles dans la région souhaitée avec des bulles de gaz denses (à une densité de 90 % ou plus) dans les tissus vivants et pour préserver les bulles de gaz générées lors de l’acquisition d’images. Dans cette couche de bulles de gaz, la distorsion ne se produit pas dans le sens de propagation des photons.

Par conséquent, il a été prouvé expérimentalement que la concentration de la lumière est possible même dans les tissus biologiques profonds. De plus, en appliquant cette technique (par exemple, la transparence tissulaire induite par ultrasons) à un microscope confocal à fluorescence, le microscope optique à compensation induite par ultrasons (US-OCM), nommé dans cette étude, a été développé pour la première fois. utilisant la profondeur d’imagerie est six fois plus longue que la profondeur d’un microscope conventionnel (confocal).

En particulier, l’US-OCM développé dans cette étude n’a causé aucun dommage tissulaire car lorsque l’irradiation par ultrasons a été arrêtée, bulles de gaz a disparu et propriétés optiques Il est revenu avant la génération de la bulle de gaz, indiquant qu’il est inoffensif pour le corps vivant.

Le professeur Jin Hu Chang du département de génie électrique et d’informatique de la DGIST déclare que « grâce à une étroite collaboration avec des experts en échographie et en imagerie optique, nous avons pu surmonter les limites inhérentes aux techniques actuelles d’imagerie et de traitement optiques ».

« La technologie obtenue grâce à cette étude sera appliquée à diverses techniques d’imagerie optique, notamment Microscopie multiphotonique Microscopie optique et acoustique ainsi que de nombreux traitements optiques dont la thérapie photodynamique et photothermique. Cela améliorerait l’application des technologies existantes en augmentant leur image et leur profondeur de traitement.

Les résultats de cette recherche ont été publiés dans Photonique de la nature.

Fourni par DGIST (Institut des sciences et technologies de Daegu Gyeongbok)