改善活體光學(xué)成像的光透明皮窗研究.pdf

1、光學(xué)成像技術(shù)以極高的時(shí)空分辨率在皮膚微循環(huán)監(jiān)測(cè)、皮下腫瘤血管的生成與發(fā)展、以及活體動(dòng)物熒光分子探測(cè)等方面發(fā)揮重要作用,但成像深度和成像對(duì)比度往往受限于皮膚的高散射。基于外科手術(shù)的皮窗為光學(xué)成像的應(yīng)用提供了一個(gè)有效的觀測(cè)窗口,但術(shù)后副反應(yīng)使其無法用于及時(shí)的觀測(cè)。近年發(fā)展起來的組織光透明技術(shù)能有效降低組織散射、提高光在組織中的穿透深度,但現(xiàn)有研究多集中在離體水平。該方法能否用于活體皮膚,能否為活體光學(xué)成像提供一個(gè)可重復(fù)觀測(cè)的視窗——皮窗,還

2、有待進(jìn)一步研究。本文的工作正是針對(duì)活體成像中存在的這一問題,圍繞如何建立高效、安全的光透明皮窗,改善皮下血管、血流及細(xì)胞的成像質(zhì)量而展開的。主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)理論模擬與模型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證光透明方法能改善光學(xué)成像深度及對(duì)比度:利用蒙特卡羅方法對(duì)皮膚光透明過程中的光分布變化進(jìn)行模擬,發(fā)現(xiàn)組織散射的降低會(huì)增加光子到達(dá)深層組織的概率,提高光在組織中的穿透深度;通過類組織血流模型實(shí)驗(yàn),證實(shí)降低組織散射能顯著提高激光散斑襯比成像技術(shù)用于混

3、濁介質(zhì)中流速測(cè)量的圖像對(duì)比度、成像深度和速度靈敏度。
　　2)高效皮膚光透明劑選型的理論與實(shí)驗(yàn)研究:利用分子動(dòng)力學(xué)模擬對(duì)甘油、木糖醇、山梨醇、葡萄糖和果糖的膠原解離能力進(jìn)行研究,發(fā)現(xiàn)果糖和山梨醇對(duì)膠原水化層的破壞能力更強(qiáng);離體皮膚光透明實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與理論模擬結(jié)果一致。為克服皮膚角質(zhì)層對(duì)光透明劑的阻擋作用,比較多種化學(xué)促滲劑對(duì)在體皮膚光透明的增強(qiáng)作用,發(fā)現(xiàn)噻酮的增強(qiáng)效果最好。
　　3)可開合大鼠脊背光透明皮窗的建立:光透明劑作用

4、于大鼠脊背皮膚表面能使皮膚在數(shù)分鐘內(nèi)透明,利用激光散斑襯比成像技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)皮下血管結(jié)構(gòu)和血流的高分辨成像,生理鹽水涂抹即可使皮膚迅速恢復(fù)至初始的混濁狀態(tài);用光透明劑局部重復(fù)處理皮膚,可實(shí)現(xiàn)皮下血管與血流的重復(fù)成像,且不會(huì)對(duì)皮下血管和血流造成影響,證明了基于光透明方法的大鼠脊背皮窗具有可開合的特點(diǎn)。
　　4)可開合的小鼠足墊光透明皮窗提高活體光學(xué)成像質(zhì)量:針對(duì)足墊皮膚的獨(dú)特結(jié)構(gòu),發(fā)展了高效的足墊皮膚光透明劑,將該光透明劑和生理鹽水

5、分別涂抹于在體小鼠足墊皮膚,能夠建立一扇可開合的足墊皮窗。該皮窗不僅能夠顯著提高足墊皮下血管和血流的激光散斑襯比成像的對(duì)比度,也能夠顯著改善熒光成像的熒光信號(hào)強(qiáng)度和成像深度,且不會(huì)影響皮下血管和血流。
　　5)光透明鼠耳皮窗提高活體光學(xué)成像質(zhì)量:發(fā)展了適用于鼠耳皮膚的高效光透明劑,將其局部涂抹于在體鼠耳皮膚后,能夠顯著提高鼠耳的光透過率,增強(qiáng)皮下血管結(jié)構(gòu)和血流的激光散斑襯比成像的對(duì)比度;此外,光透明鼠耳皮窗還能夠顯著提高活體流式細(xì)

6、胞儀對(duì)循環(huán)血細(xì)胞熒光信號(hào)的探測(cè)深度。
　　6)光透明劑的安全性研究:依據(jù)皮膚局部給藥的安全性評(píng)價(jià)方法,證實(shí)本研究中所用光透明劑均對(duì)皮膚無刺激性、無過敏性、無光毒性,并且不會(huì)影響皮膚微結(jié)構(gòu),對(duì)器官和機(jī)體無代謝毒性。從而證明這些光透明劑對(duì)皮膚和機(jī)體是安全的。
　　本課題所建立的光透明皮窗(脊背皮窗、足墊皮窗和鼠耳皮窗),為活體光學(xué)成像提供了一個(gè)安全、有效的可重復(fù)觀測(cè)的窗口,這對(duì)基于活體小動(dòng)物光學(xué)成像的基礎(chǔ)研究及光診斷研究至關(guān)重要