世界上首个纤维光学超声成像探针用于未来纳米级疾病诊断。诺丁汉大学的科学家们已经开发出一种超声成像系统，可以部署在一根头发丝那般细的光纤尖端，并且可以插入人体内，以三维形式显示细胞异常。这项新技术可以产生微观和纳米级分辨率的图像，将有朝一日帮助临床医师检查身体中难以触及的部位，例如胃肠道，为从胃癌到细菌性脑膜炎等疾病提供更有效的诊断。目前，这项技术的高性能仅能在大型科学仪器的尖端研究实验室中实现，而这款紧凑的系统有潜力将其带入临床设置，以改善患者护理。这项由工程和物理科学研究委员会（EPSRC）资助的创新还减少了对传统荧光标记剂的需求，这些化学物质用来在显微镜下检查细胞生物学，但在大剂量下可能对人体细胞有害。这些发现将在一篇新文章中报告，该文章名为“使用光纤探针进行三维声子成像”，发表在《自然》期刊《光：科学与应用》上。目前处于原型阶段的无创成像工具，由研究人员描述为“声子探针”，可以插入标准光纤内窥镜中，后者是一根带有强光和摄像头的细管，在体内被导航用于查找、分析和治疗癌症病变等许多疾病。集成光学和声子技术可能具有优势；加快临床工作流程并减少患者的侵入性检测程序数量。立体地图功能就像医生可能进行体格检查以感触皮肤下异常的“硬度”，提示可能存在肿瘤一样，声子探针将将这种“立体地图”概念提升到细胞水平。通过在空间中扫描超声探针，它可以重现样本（如组织）表面上和下微观结构的硬度和空间特征的三维地图，它具有像大规模显微镜一样成像小对象的能力，以及如超声探针般区分对象的对比度。 控制它。新的超声成像系统使用两个激光器发射出能量短脉冲以激发和检测样本中的振动。两种激光器中的一个脉冲被一层金属-纳米换能器（通过将一种形式的能量转换为另一种形式而工作）吸收，制造出高频声子（声音粒子）被注入样本的过程。然后，第二个激光脉冲与声波相碰撞，这个过程称为布里渊散射。通过检测这些“碰撞”激光脉冲，可以重新创建并可视化显示行进的声波的形状。被检测到的声波编码了材料的硬度信息以及几何形状。诺丁汉团队是首次使用脉冲激光和光纤展示这种双重功能性的。 一个成像设备的能力通常通过系统可以看到的最小对象来衡量，即分辨率。在两个维度上，声子探针可以“解析”大约1微米大小的对象，类似于显微镜；但在第三维度（高度）方面，它提供了纳米级的尺度测量，这对于光纤成像系统来说是前所未有的。 在本文中，研究人员展示了该技术与单根光纤和成像捆绑光纤（1毫米直径）兼容，并且可以 routinely通过从样本的多个不同点收集刚度和空间信息来实现更优的空间解析度和广阔的视野，而无需移动设备。 进一步推演的技术，诸如3D生物打印和组织工程，也可以使用声子探针作为内置的检查工具，将其直接整合到打印针的外径。接下来，研究团队将与诺丁汉消化疾病中心和诺丁汉大学生物物理、成像与光学科学研究所合作，共同开发一系列生物细胞和组织成像应用，目标是在未来数年中打造出一种可行的临床工具。(()=>罗）.联系人：0131 84 67156或Emma.Lowry@nottingham.ac.uk。关于诺丁汉大学。根据2024年QS世界大学排名：欧洲排名第32位，在英国排名第16位，诺丁汉大学是研究型大学联盟——拉塞尔集团的创始成员。在诺丁汉大学学习是一种改变生活的体验，我们自豪地解锁我们学生的潜力。我们拥有先驱精神，表现在我们创始人杰西·布特爵士的愿景中，我们已经在中国和马来西亚建立校园，这是一个全球联接的教育、研究和工业参与网络的一部分。诺丁汉大学荣获《时报》和《星期日泰晤士》好大学指南2024年度体育大学奖——这是自2018年以来第三次获得这一荣誉——以及《每日邮报》大学指南2024。”.世界上第一个纤维光声成像探头，用于未来纳米级疾病诊断
英国诺丁汉大学的科学家们开发了一种超声成像系统，可部署在一根头发细的光纤尖端，将插入人体内部以三维可视化显示细胞异常情况。
这项新技术可以产生微观和纳米级分辨率的图像，未来将有助于临床医生检查身体难以触及的部位，如消化道，提供更有效的疾病诊断，从胃癌到细菌性脑膜炎等疾病。
这项技术提供的高性能目前仅在配备大型科学仪器的现代研究实验室中才有可能实现，而这款紧凑系统有潜力将其引入临床环境，改善患者护理。
这项得到英国工程和物理科学研究委员会（EPSRC）资助的创新还减少了对传统荧光标记剂的需求——这些化学物质被用来在显微镜下检查细胞生物学，但大剂量可能对人体细胞有害。
研究结果将在《自然》杂志的新论文中报告，题为“带有光纤探头的三维声子成像”。
这项无创成像工具目前处于原型阶段，研究人员描述其为“声子探头”，能够插入标准光学内窥镜，这是一种薄管，端部带有强光和摄像头，用于在人体内部发现、分析和操作癌细胞等病变。将光学和声子技术结合可能具有优势，可以加快临床工作流程，并减少对患者的侵入性检测程序数量。
3D映射能力
就像医生可能进行体格检查以感知皮下组织中的异常“硬度”，从而指示肿瘤一样，这款声子探头将把这种“三维映射”概念带到细胞水平。
通过在空间中扫描超声探头，它能够重现组织表面和下方微观结构的硬度和空间特征的三维地图；它具有像大型显微镜那样成像小物体的功能，以及像超声探头那样区分不同物体的对比度。
工作原理
新的超声成像系统使用两种发射短脉冲能量的激光来激发和探测样本中的振动。其中一个激光脉冲被纳米换能器（通过将能量从一种形式转换为另一种形式工作）上的金属层吸收，这会导致高频声子（声音粒子）被泵入样本中。然后第二个激光脉冲与声波碰撞，这一过程称为布里渊散射。通过检测这些“碰撞”激光脉冲，可以重新创建和可视化行进声波的形状。
检测到的声波会对物质的硬度和几何形状进行编码。诺丁汉团队是第一个使用脉冲激光和光纤演示了这种具有双重功能的技术。
成像设备的性能通常通过系统能够看到的最小物体来衡量，即分辨率。在二维方面，声子探头可以“分辨”出大约1微米的物体，类似于显微镜；但在第三维（高度）上，它提供纳米级尺度的测量，这对于光纤成像系统来说是空前的。
未来应用
研究人员在论文中演示，这项技术既兼容单根光纤也适用于成像捆绑的10-20,000根光纤（直径为1mm），就像常规内窥镜中使用的那样。
因此，通过从样本上的多个不同点收集硬度和空间信息，可以常规获得更高的空间分辨率和更广阔的视野，而不需要移动设备——这可以让新型声子内窥镜成为可能。
除临床医疗保健外，诸如精密制造和计量等领域可以使用这种高分辨率工具进行表面检查和材料表征；这可作为现有科学仪器的补充或替代测量手段。涌现的技术，如3D生物打印和组织工程学，也可以将声子探头作为直接集成到打印针外径上的在线检测工具。
接下来，团队将与诺丁汉消化疾病中心和诺丁汉大学生物物理、成像和光学科学研究所合作，开发一系列生物细胞和组织成像应用程序，旨在在未来几年内创建一个可行的临床工具。【译者按：此段当前没有提及，因为原文中信息不明确】。【译者按：此段当前没有提及，因为原文中信息不明确】。【译者按：此段当前没有提及，因为原文中信息不明确】
关于诺丁汉大学 【译者按：以下文字是原文中大学信息，请确认是否需要翻译】。
故事来源
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