Kevin译

图1： Photonex会议

 
      近期，有关生物光子学工具与应用最新进展的会议，用一天的时间充分展现了该领域当前的快速发展步伐。
 
      该会议是 “Photonex Roadshow”展会的一部分，在英国伦敦大学学院（UCL）举行，也是组织方举办的第二场年度会议，旨在给研究人员创造机会来介绍生命科学领域关键方法与技术的最新进展。讨论环节包括了有关许多该领域当前尖端主题的报告。
 
漫射光学成像
      伯明翰大学的Hamid Dehghani概述了如何利用漫射光学成像表征组织的分子特征，用于乳腺癌检测和神经影像。
 
      Dehghani说：“近红外光穿过组织时，自身散射会模糊信号，扰乱血红蛋白和氧合血红蛋白的量化能力。”解决方案之一是计算光子穿越组织的平均光路长度，将光传播构造成漫射过程。然后，结合近红外光吸收和散射的测量，就可以评估出这两种形式血红蛋白的浓度，以及水和类脂物等参数。
 
      他评论道：“乳腺癌肿瘤的特征是血红蛋白和含水量增加，氧合血红蛋白及散射尺寸减少。核磁共振成像（MRI）与漫射成像光学组成的系统可以为MRI扫描结果添加额外的功能信息。”Dehghani展示了乳腺癌患者的组织扫描结果，对血红蛋白和血流量进行了三维重建。
 
      他还介绍了如何将类似原理应用到神经影像上。患者戴上装有24个近红外光源和24个探测器的柔软帽子，就可以获得有关大脑活动的X射线断层扫描信息。当患者观看到作为刺激源的视觉图像时，这套高分辨率漫射光学断层扫描（HD-DOT）系统就可以识别出大脑活动产生的氧合血红蛋白的变化。
 
      虽然，该系统只能产生瞬时信息而无法生成绝对图像，但Dehghani认为，HD-DOT可作为其它神经影像诊察方法的一种更为实际的替代方法，而且它将朝着头部整体成像方向发展，而不是仅限于视觉皮层诊察。
 

图2：Roadshow展览

 
光遗传学抑制癫痫发作
      UCL的Dimitri Kullmann说：“现在，利用光遗传学来治疗癫痫已经可行。使用光照射大脑运动皮层就可以按照要求来控制癫痫发作强度。”
 
      为进一步证明光遗传学的潜在通用性，Kullmann描述了在啮齿动物新大脑皮质中诱发局灶性癫痫实验模型的治疗过程。局灶性癫痫是一种已知的抗药物治疗病症，但是光遗传学可以直接影响病症涉及的主要神经。
 
      Kullmann评论道：“癫痫具有明确的生物标识物：脑电图（EEG）轨迹。治疗癫痫的终极工具将是：先利用EEG对癫痫发作进行耦合探测，然后利用LED光脉冲照射具有光遗传学性增强的神经细胞，以抑制癫痫发作。”
 
      原理验证工作已经开展，光脉冲通过光纤传输到啮齿动物的新大脑皮质区域，在这片区域内利用盐细菌视紫红质就可以对主要的神经细胞进行光遗传学修改。结果表明，光照射能够抑制局灶性癫痫发作的无节奏活动特性。
 
      未来的发展计划包括开发出“无线”治疗仪器，动物就无需受光纤的束缚，或者使用由无线电控制的植入式电池供电LED。
 
      Kullmann说：“设计出一种可植入自由活动的动物体内的高效光源是接下来所面临的挑战之一，其它的还包括：配有车载EEG探测器的自给式设计；能够自主决定是否进行除颤治疗。”
 
自适应光学应用于纳米显微学
      牛津大学的Martin Booth介绍了生物成像过程中波前像差的若干潜在来源，以及在抑制波前像差过程中自适应光学（AO）所起到的关键作用。他说：“生物样本可以显示细胞和组织结构三维特性所产生的折射率变化，一般来说，聚焦深度越大折射率变化幅度越大。显微镜盖玻片和样本安装介质之前的平面失配还会引入球面像差。”
 
      用于天文学的自适应光学系统一般通过测量传入的波前以及经由可变形反射镜实施的纠正测量来进行工作，但是对于较小的生物样本，则需要采用一种完全不同的方法。
 
      Booth说：“我们的系统的工作原理是：一旦光照离开光源，就人为引入已知的像差。这样就会迅速诱发前面提到的这些效应，通过反馈回路相应地调节像差。然后，观测哪些效应可以产生最好的结果，以此来补偿固有像差。”实际上，像差是通过一个图形优化过程来依次校正的。
 
      AO系统可以协助超分辨率纳米显微成像。受激发射损耗（STED）显微镜就是一个例子，一种基于荧光的技术，可有效提高分辨率，在精密控制的区域内用另一束激光淬灭荧光。
 
      Booth说：“STED容易产生像差，尤其是对厚样品进行三维成像时。该技术在淬灭区中心需要一个良好的‘零’点，像差在这个点上会产生不同的效果。我们第一次使用了基于图像的反馈来对STED显微镜中的像差进行自适应校正，对于获取强像差样品的三维超分辨率图像而言是至关重要的一步。”
 

图3：Oluyori Adegun

 
对比成像在口腔医学领域的应用
      治疗口腔疾病的一个重要问题是找出最具代表性且最适合进行活组织检测的区域。伦敦大学玛丽皇后学院的Oluyori Adegun介绍了光学相干断层扫描（OCT）检测口腔充液病变和口腔上皮细胞非典型性增生的过程。
 
      检测时，特定疾病的光学标识物都可以根据OCT信息的特定变化进行量化处理，包括背向散射光强度及其变化范围，这与通过组织病理学观测到的组织状态变化相关。
 
      Adegun说：“在OCT容量范围内，通过顺序扫描测得的这些变化梯度和成比例强度下降（SID）参数，可以用于产生二维对比人脸图像，实现参数变化方式的可视化。相反，还可以开发出定量对比可视化方法，例如SID显微术、散射衰减显微术，用于测量上皮组织背向散射光的轴上强度变化。”
 
来源：www.optics.org
 
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