Ultraschallwellen leicht durch Gewebe reisen, bieten eine viel detailliertere Ansicht, aber haben nicht die Fähigkeit, Gewebe chemische Komponenten zu lesen und verpassen viel von den wichtigen Informationen, die das Licht mit sich bringt. Magnetresonanztomographie (MRT) kann auch tief in Gewebe sehen, erfordert aber ein starkes Magnetfeld und dauert oft Sekunden bis Minuten, um ein Bild zu bilden. Röntgen- und Positronenemissionstomographie (PET) liefern zu viel Strahlung für das Subjekt, um über lange Zeiträume praktisch zu sein.
Photoakustische Bildgebung verwendet leistungsstarke, aber extrem kurze Laserpointer-Bursts, die sicher dazu führen, dass Zellen Ultraschallwellen aussenden, die dann ungehindert durch das Gewebe reisen.
"Es ist im Grunde komprimiert eine Sekunde Wert von Sommer-Mittag Sonnenlicht über einen Finger Nagel Bereich in eine einzige Nanosekunde", sagte Yao, der mit der Technologie seit fast einem Jahrzehnt arbeitet. "Wenn der Laser eine Zelle trifft, veranlasst die Energie, dass sie ein kleines bisschen erwärmt und sich augenblicklich erweitert, wodurch eine Ultraschallwelle entsteht. Es ist wie der Unterschied zwischen dem Aufpressen von etwas, um es langsam zu bewegen und zu schlagen, um eine Vibration zu verursachen."
Das Ergebnis ist eine bildgebende Technik, die bis zu fünf Zentimeter in das typische biologische Gewebe mit Submillimeter-Level-Auflösung blicken kann, während die funktionelle Information der herkömmlichen optischen Mikroskopie beibehalten wird. Zum Beispiel absorbiert Melanin Nah-Infrarot-Licht, während die Reaktion des Blutes auf Licht je nach dem, wie viel Sauerstoff es trägt, abweicht.
In der neuen Arbeit, Yao und Kollegen unter der Leitung von Dr. Lihong Wang an der California Institute of Technology fügen Sie die höchst erwünschte Geschwindigkeit und Panoramablick auf die Imaging-Technologie Repertoire. Sie haben einen kreisförmigen Ultraschalldetektor und ein schnelles Datenerfassungssystem aufgebaut, das den Ursprung einer Ultraschallwelle von überall im Körper eines kleinen Tieres triangulieren kann. Und mit Hilfe eines schnellen Lasers, der innerhalb der Sicherheitsgrenze arbeitet, kann das aufgerüstete Gerät den vollen Querschnitt einer erwachsenen Ratte 50 mal pro Sekunde abbilden und liefert detaillierte Filme seiner inneren Arbeit mit einer Auflösung von 120 Mikrometern.
"Der Panorama-Effekt liefert Informationen aus allen Richtungen und allen Winkeln, so dass Sie keine Informationen von jedem Laser-Schuss verlieren", sagte Yao. "Sie können die Dynamik des Körpers in Aktion sehen - das Pumpen des Herzens, die Dilatation der Arterien, das Funktionieren der verschiedenen Gewebe."
In der Zeitung beschreiben Yao und Kollegen, wie sie diese Fähigkeiten nutzen, um krebsartige Melanomzellen zu verfolgen, die durch Blutgefäße einer Maus reisen. Sie zeigen auch die Fähigkeit, ganze neuronale Netze in Echtzeit zu schießen.
"Dieser Ansatz ist besonders mächtig, weil es nicht auf die Injektion von jeder Art von Kontrastmittel verlassen", sagte Yao. "Sie können sicher sein, dass Änderungen nicht durch fremde Variablen verursacht werden. Wir denken, dass diese Technologie ein großes Potenzial für die vorklinische Bildgebung und die klinische Übersetzung hat."
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