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次世代超音波,一滴血找出病源

发布时间:2020-07-18作者: 阅读:(657)

次世代超音波,一滴血找出病源

健康的红血球长得像一个中间凹进去的小圆饼,如果红血球产生病变,它的外形会改变,例如受到疟疾的疟原虫寄生,红血球就会膨胀。因此,若是能快速检测红血球的状态,许多血管疾病与某些癌症的确诊时间就可大幅缩短,而这项技术目前已经开发出来了。

一滴血就知病源

在最新一期《生物物理期刊》(Biophysical Journal)上,加拿大多伦多莱尔森大学(Ryerson University)发表利用光声造影原理取得红血球的详细影像。他们将一滴血液样本放在一具利用光声造影原理製作出的显微镜下观察,几秒钟内便取得红血球的影像资料,无论在红血球的大小或形状等方面,他们获得的资料都比以往要精细,甚至只要使用21个红血球就能得到足够的结果。

次世代超音波,一滴血找出病源左图是研究团队设计的显微镜;中图是他们拍摄到大部份平坦着、只有一个竖立(箭头所指)起来的红血球;右图是简单的图解,说明脉冲雷射从下方射出,经过中间的红血球样本,样本的波动结果被上方的感测器接收。(Photo Credit: Ryerson University)

在过去,光声造影的研究只能用低于100MHz的频率进行,因为侦测器无法承受更高的频率,但低频率效果不好,研究者只能看到一点点细胞存在。莱尔森大学的团队显然是突破了这个限制,他们使用100到500MHz,看到更多红血球的详细影像。

团队并表示,除了红血球,其实微米级的粒子他们也可以侦测得到,使用100MHz以上的频率就可以显现这些粒子的光谱特性。

目前研究团队仍然只能在载玻片上观察,而无法直接观察人体,主要是因为声波移动的不确定性。若以孕妇的超音波检查为例,医生都是用低频声波以获得影像,若用高频声波到达胎儿后就会很快分散,并被周围的组织吸收,同样地,该团队目前的研究应用到人体上,也将面对相同的问题。

应用广泛的技术

这项技术有多种应用。现阶段可以立即应用在医院与血库,以确认储存血液的品质。服务于加拿大血液中心的Jason Acker说:「血液製品从一开始就会渐渐开始败坏,保存期限最多42天」,但目前对于备用血液的品质其实没有确切的评估法,「如果有工具可以检测,取得血液製品是否还能使用的资讯会是件好事」。事实上研究团队已经与该中心讨论,将该技术应用到血库检测血液的具体作法。

这项技术的另一个应用,是找出如黑色素瘤等肿瘤细胞。华盛顿大学生物化学工程学家Lihong Wang表示,利用这项技术找出肿瘤细胞,比现有的方法快上许多。由于不同细胞会吸收不同波长的光,装置只要调整波长便可针对不同细胞进行检测。

他们的研究对医学界还有另一项贡献,就是未来检验装置也可改造成体积更小的手持型装置。如果你曾看过一些科幻电影或影集,像是《星舰奇航记》(Star Trek)里医生手上拿的三录仪(Tricoder),或许他们的研究就是200年后的三录仪原型。

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「星舰奇航记」TR-590 Tricoder X (Photo Credit: Memory Alpha)有关光声造影

光声造影(photoacoustic imaging)可说是超音波造影下个世代的技术,但原理其实有些不同。我们在医院看到的超音波影像,原理类似声纳,先由机器发出超音波,碰到体内器官与组织的反射,再经由机器接收并转换成影像。

光声造影发射出的是脉冲雷射,照射到的体内组织会吸收雷射光而产生热能、製造热膨胀,热膨胀产生的波动会被超音波探测装置接收,继而产生影像。由于不同组织吸收光源的种类不同,反映出来的波动也会不同,因此影像便能分辨各种组织与是否产生病变。

次世代超音波,一滴血找出病源
利用光声造影拍摄到黑色素瘤(图中为白色)的影像,红色部份为血管。本图动态影像在此。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

(Cover Photo Credit: CDC/Janice Haney Carr)

相关资料
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Scientific American: Cell Whisperer: Lasers Unlock Secrets of the Blood
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