次世代超音波,一滴血找出病源

作者 | 發布日期 2013 年 07 月 05 日 19:04 | 分類 生物科技 , 醫療科技
red blood cell

健康的紅血球長得像一個中間凹進去的小圓餅,如果紅血球產生病變,它的外形會改變,例如受到瘧疾的瘧原蟲寄生,紅血球就會膨脹。因此,若是能快速檢測紅血球的狀態,許多血管疾病與某些癌症的確診時間就可大幅縮短,而這項技術目前已經開發出來了。



一滴血就知病源

在最新一期《生物物理期刊》(Biophysical Journal)上,加拿大多倫多萊爾森大學(Ryerson University)發表利用光聲造影原理取得紅血球的詳細影像。他們將一滴血液樣本放在一具利用光聲造影原理製作出的顯微鏡下觀察,幾秒鐘內便取得紅血球的影像資料,無論在紅血球的大小或形狀等方面,他們獲得的資料都比以往要精細,甚至只要使用21個紅血球就能得到足夠的結果。

▲左圖是研究團隊設計的顯微鏡;中圖是他們拍攝到大部份平坦著、只有一個豎立(箭頭所指)起來的紅血球;右圖是簡單的圖解,說明脈衝雷射從下方射出,經過中間的紅血球樣本,樣本的波動結果被上方的感測器接收。(Photo Credit: Ryerson University)

在過去,光聲造影的研究只能用低於100MHz的頻率進行,因為偵測器無法承受更高的頻率,但低頻率效果不好,研究者只能看到一點點細胞存在。萊爾森大學的團隊顯然是突破了這個限制,他們使用100到500MHz,看到更多紅血球的詳細影像。

團隊並表示,除了紅血球,其實微米級的粒子他們也可以偵測得到,使用100MHz以上的頻率就可以顯現這些粒子的光譜特性。

目前研究團隊仍然只能在載玻片上觀察,而無法直接觀察人體,主要是因為聲波移動的不確定性。若以孕婦的超音波檢查為例,醫生都是用低頻聲波以獲得影像,若用高頻聲波到達胎兒後就會很快分散,並被周圍的組織吸收,同樣地,該團隊目前的研究應用到人體上,也將面對相同的問題。

應用廣泛的技術

這項技術有多種應用。現階段可以立即應用在醫院與血庫,以確認儲存血液的品質。服務於加拿大血液中心的Jason Acker說:「血液製品從一開始就會漸漸開始敗壞,保存期限最多42天」,但目前對於備用血液的品質其實沒有確切的評估法,「如果有工具可以檢測,取得血液製品是否還能使用的資訊會是件好事」。事實上研究團隊已經與該中心討論,將該技術應用到血庫檢測血液的具體作法。

這項技術的另一個應用,是找出如黑色素瘤等腫瘤細胞。華盛頓大學生物化學工程學家Lihong Wang表示,利用這項技術找出腫瘤細胞,比現有的方法快上許多。由於不同細胞會吸收不同波長的光,裝置只要調整波長便可針對不同細胞進行檢測。

他們的研究對醫學界還有另一項貢獻,就是未來檢驗裝置也可改造成體積更小的手持型裝置。如果你曾看過一些科幻電影或影集,像是《星艦奇航記》(Star Trek)裡醫生手上拿的三錄儀(Tricoder),或許他們的研究就是200年後的三錄儀原型。


▲「星艦奇航記」TR-590 Tricoder X (Photo Credit: Memory Alpha)

有關光聲造影

光聲造影(photoacoustic imaging)可說是超音波造影下個世代的技術,但原理其實有些不同。我們在醫院看到的超音波影像,原理類似聲納,先由機器發出超音波,碰到體內器官與組織的反射,再經由機器接收並轉換成影像。

光聲造影發射出的是脈衝雷射,照射到的體內組織會吸收雷射光而產生熱能、製造熱膨脹,熱膨脹產生的波動會被超音波探測裝置接收,繼而產生影像。由於不同組織吸收光源的種類不同,反映出來的波動也會不同,因此影像便能分辨各種組織與是否產生病變。


▲利用光聲造影拍攝到黑色素瘤(圖中為白色)的影像,紅色部份為血管。本圖動態影像在此。(Photo Credit: Wikimedia Commons)

(Cover Photo Credit: CDC/Janice Haney Carr)

 

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