Sem merkjalaus myndgreiningartækni hefur fjölþætt ólínuleg sjónræn myndgreining (NLOI) orðið öflugt tæki til að meta krabbamein. Til að forðast hreyfingar og sjónskemmdir sem tengjast fjölþættum NLOI, er ein lausnin að nota einn ofurhraðan leysir sem örvunargjafa ásamt mörgum greiningarrásum til að safna merkjum frá mismunandi aðferðum til að fylgjast með mismunandi lífsameindum. Hins vegar, í þessu tilfelli, er ekki hægt að fínstilla hverja stillingu sjálfstætt og viðeigandi örvunargjafa þarf til að örva allar NLOI stillingar. Merkilaus sjálfkrafa flúrljómun margfölduð (SLAM) smásjá, með örvunarbylgjulengd stillt á 1110 nm, gerir samtímis söfnun merkja frá fjórum stillingum undir einni örvunarskilyrði í gegnum mismunandi merkjaskynjunarrásir, sem aflar tveggja ljóseinda flúrljómunar (2PAF) fyrir FAD , þriggja ljóseinda flúrljómun (3PAF) fyrir NADH, tveggja áttunda tíðni (SHG) fyrir kollagenbyggingar og þriggja átta áttunda tíðni (THG) fyrir stökkbreytingu á brotstuðul. tíðni (THG) merki við stökkbreytingar á brotstuðul. Eins og er, þurfa flestir ljósgjafar sem notaðir eru til að knýja SLAM smásjár að tengja ofurstutt púls í ljóseindakristaltrefjar eða kristalla til að ná fram bylgjulengdarumbreytingu, sem felur í sér mikinn kostnað, stórt fótspor, flókið rekstur og vanhæfni til langtíma stöðugrar virkni.
To address the above problems and difficulties, the L07 group of Institute of Physics, Chinese Academy of Sciences/Beijing National Research Center for Condensed Matter Physics (NRCP), based on many years of research on ultrafast fiber lasers, proposed a Yb-doped fiber laser with dual management of pre-chirp and gain, and finally obtained a pulse with a wavelength of 1110 nm, an energy of more than 90 nJ, a pulse width of 34 fs, and peak power of close to 3 MW, by finely adjusting the input energy and pre-chirp. With a wavelength of >90nJ, púlsbreidd 34fs og hámarksafl næstum 3MW, ljósgjafinn er fyrirferðarlítill og stöðugur á sama tíma og hann nær framúrskarandi púlsgæðum til að knýja SLAM smásjár til læknisfræðilegrar myndgreiningar.
Mynd 1 sýnir skýringarmynd af ytterbium-dópuðu trefjaleysiskerfinu með forhjálpi og tvískiptri stjórnun. Það samanstendur af frægjafa, formögnunareiningu, pre-chirp einingu, ávinningsstýrðri mögnun (GMA) einingu og þjöppunareiningu. Frægjafinn gefur fræpúls með miðbylgjulengd 1040 nm, púlsorku 0,2 nJ og endurtekningartíðni 43 MHz. Fræpúlsinn er formagnaður með 40 cm löngum Yb-dópuðum trefjum og par af ristum er sett fyrir framan GMA eininguna til að koma á dreifingu og neikvæðu eða jákvæðu forhljóði er bætt við formagnaða úttakið. púls með því að stilla rifnabilið. Frekari for-típaðir púlsar eru magnaðar í 3,1 m löngum Yb-dópuðum trefjum til að stjórna ávinningi. Annar magnaður púlsinn er þjappaður í gegnum annað par af sendingarristum. Áhrif þessara breytu á gæði púlsþjöppunar eru könnuð með því að fínstilla inntaksorkuna og forhljóð og tilraunaniðurstöðurnar eru sýndar á myndum. 2 og 3, sem sýna að hægt er að framleiða hágæða púls af þjöppun með mismunandi dæluafli, inntaksorku og viðeigandi neikvæðu hljóði. Þegar dæluafl er 9 W er inntakspúlsorkan 0,6 nJ og forhljóðið er -36000 fs2, púls með miðbylgjulengd 1110 nm, púlsbreidd 34 fs, orka 92,2 nJ, og fæst nær 3 MW hámarksafl sem hentar mjög vel til að keyra SLAM smásjár til læknisfræðilegrar myndgreiningar.
Mynd Mynd 2. Áhrif mismunandi inntakspúlsorku á GMA púlsþjöppun við dæluafl 9 W og forhljóð upp á -36000 fs2. (a) Þjöppunarpúlsbreidd og Strehl hlutfall við mismunandi inntaksorku. (b) Úttaksróf við mismunandi inntaksorku. (c) Rauður ferill: mældur sjálffylgniferill þjappaðs púls, svartur ferill: sjálffylgniferill hins umbreytta markpúls sem fæst með litrófsútreikningi
Mynd 3. Áhrif mismunandi pre-chirps á GMA púlsþjöppun fyrir inntakspúlsorku upp á 0,6 nJ og dæluafl 9 W. Niðurstöðurnar eru dregnar saman sem hér segir (a) Þjappað púlspúlsbreidd og Strehl hlutfall fyrir mismunandi pre-chirps. (b) Úttaksróf við mismunandi forhljóð. (c) Rauður ferill: mældur sjálffylgniferill þjappaðs púls, svartur ferill: sjálffylgniferill hins umbreytta markpúls sem fæst með litrófsútreikningi.
Teymið beitti þessum ofurhraða ljósgjafa til að rannsaka meinafræði æxlis í mismunandi vefjum, þar á meðal kirtilkrabbameini í þörmum, kirtilkrabbameini í lungum og lifrarvef, til að mynda frumu- og utanfrumuhluta samtímis með SLAM tækni. SLAM mynd af kirtilkrabbameinsvef í þörmum er sýnd á mynd 4, þar sem grænt táknar SHG, magenta gefur til kynna THG, gult gefur til kynna 2PEF og blátt gefur til kynna 3PEF. SLAM myndgreining getur veitt mun ríkari frumu- og vefjaupplýsingar en hefðbundnar H&E-litaðar myndir hjálpa til við að skilja breytingar lífefna í bæði æxlum og venjulegum vefjum og leita að lífmerkjum fyrir krabbameinsgreiningu og horfur.
Mynd Mynd 4. (a) SHG/THG/2PEF/3PEF myndgreining af kirtilkrabbameinsvef í þörmum. Mismunandi svæði sem vekja áhuga eru stækkuð í (c) - (e) (hvítir strikaðir reitir). (b) Samsvarandi H&E litunarmyndir. (c) 2PEF/3PEF myndgreining á eðlilegum slímhúðvef í þörmum. (d) SHG/THG myndgreiningu á eðlilegum slímhúðvef í þörmum. (e) SHG myndgreining á millivefsþráðum og fitufrumum, rauð ör: þarmakirtill, blá ör: grunnhimna, græn ör: slím sem er seytt af bollafrumum, hvít ör: átfrumnafrumur, gul ör: millivefsþræðir, fjólublá ör: fituhimna. Mælikvarðarstöng: 200 μm
Á heildina litið náði rannsóknarteymið hágæða öfgahraða púlsmyndun með þróun á fyrirfram típuðum og ávinningi tvístýrðum Yb-dópuðum trefjalaser, sem var beitt með góðum árangri á SLAM myndgreiningu, tækni sem getur veitt ríkari frumu- og vefjaupplýsingar sem getur aðstoðað við rannsóknir á krabbameinssjúkdómum og krabbameinsgreiningu. Að auki er ofurhraði ljósgjafinn fyrirferðarlítill og öflugur, sem gerir hann tilvalinn til notkunar í klínískum aðstæðum fyrir hraðvirkt og alhliða mat á ýmsum lífeðlisfræðilegum og meinafræðilegum ferlum. Búist er við að nýstárlegar niðurstöður þessarar rannsóknar komi fram á sviði læknisfræðilegrar greiningar og meðferðar með því að veita nákvæmari og ítarlegri upplýsingar fyrir krabbameinsgreiningu, mat á virkni og einstaklingsmiðaða meðferð. Eftir því sem tæknin heldur áfram að þróast og vera fínstillt er gert ráð fyrir að SLAM myndgreining muni gegna mikilvægara hlutverki í klínískri framkvæmd í framtíðinni. Búið er að sækja um innlenda uppfinninga einkaleyfi á tækinu og kjarnabúnaðinum sem tengist þessari framþróun.
Niðurstöðurnar voru birtar í nýlegu hefti af Biomedical Optics Express, tímariti Optical Society of America (10.1364/BOE.506915), en fyrsti höfundur greinarinnar er Yuting Xing, doktorsnemi undir leiðsögn vísindamannsins Guoqing Chang.
Þessi vinna var studd af National Natural Science Foundation of China (styrkur nr. 92250307, 62227822 og 62175255) og mikilvægu tækjaþróunaráætlun Kínversku vísindaakademíunnar (styrk nr. YJKYYQ20190034). Vísindamaðurinn Guoqing Chang og Dr. Yaobing Chen frá Wuhan Tongji sjúkrahúsinu voru samsvarandi höfundar, og doktorsnemar Runshi Chen, Lihao Zhang, Yang Liu, Xinzai Diao og vísindamaður Shu Zhang frá Wuhan Tongji sjúkrahúsinu, prófessor Yishi Shi og fræðimaður Zhiyi Wei frá háskólanum Kínverska vísindaakademíunnar tóku einnig þátt í hönnun og umræðu um þetta verk.
