汪立宏教授Nature子刊：提高肿瘤组织成像的新技术

小孩子把手电筒照到手掌上，看光透过手掌，是一件很有趣的事情。最近，圣路易斯华盛顿大学的工程师们，使用一种类似的想法，来追踪身体组织内的活动，以提高癌组织成像，并开发潜在的治疗方法。相关研究发表在2014年11月2日的《Nature Photonics》。

　　

生物通报道：小孩子把手电筒照到手掌上，看光透过手掌，是一件很有趣的事情。最近，圣路易斯华盛顿大学的工程师们，使用一种类似的想法，来追踪身体组织内的活动，以提高癌组织成像，并开发潜在的治疗方法。

本文通讯作者是华盛顿大学生物医学工程系教授汪立宏（Lihong Wang）博士，汪教授1984年毕业于华中科技大学获光学学士学位，1987年获华中科技大学光学硕士学位，1992年获德克萨斯州休斯敦Rice大学博士学位，其导师为诺贝尔奖得主；现任美国圣路易斯华盛顿大学生物医学工程系Gene K. Beare特聘教授。2006年被中国教育部聘为华中科技大学生物医学光子学学科“****”讲座教授。汪教授在生物医学光学成像技术方面获得了多项成果，已经出版了两本专著，在Nature Biotechnology, Physical Review Letters, Physical Review, Optics Letters, 和IEEE Transactions上发表上百篇论文。汪教授应用一种新的时间逆转（time-reversal）技术，可让研究人员更好地把光聚集在组织中，如肌肉和器官。

目前的高分辨率光学成像技术，可让研究人员看到体内约1毫米深的位置。超过这个范围，光会散射，使特征模糊不清，这就是为什么我们用手电筒看不到手掌中的骨骼或组织。为了克服这一问题，汪教授和他的实验室开发了光声成像技术（photoacoustic imaging），这种技术将光和声波（或声音）相结合，形成一副更清晰的图像，甚至能达到皮肤下几厘米。

相关研究发表在2014年11月2日的《Nature Photonics》（2014年最新影响因子29.958），在这项研究中，汪教授使用一种新的技术，称为时间反转适应扰动（time-reversed adapted-perturbation，TRAP）光学聚焦，将引导光线发送到组织内，搜寻活动。穿过静止组织的光，似乎不同于穿过移动事物的光，例如血液。通过拍摄两副连续的图像，他们可以减去通过静止组织的光，只保留由于运动造成的散射光。然后，他们通过一个称为时间反转（time-reversal）的过程，把光发送回它初始的来源，这样它就把焦点放回到组织中。

汪教授说：“这可能有助于成像或治疗。例如，将脉动光聚集在葡萄酒色痣（是血管的过度增长）上，能够去除污点，而不会损伤周围的正常皮肤。”

2011年，汪教授的实验室首先利用超声聚焦，提供了一种虚拟的、非侵入性的内引导星，可让研究人员专注于组织内移动的任何事物。但是汪教授说，TRAP聚集能够更有效地追踪移动目标。TRAP聚焦，通过将光重分配和聚集到目标上面，可以增强和形成对比，使研究人员获得来自组织更深处的图像。

（生物通：王英）

延伸阅读：汪立宏教授连发Nature，PNAS文章获技术突破

生物通推荐原文摘要：
Time-reversed adapted-perturbation (TRAP) optical focusing onto dynamic objects inside scattering media
Abstract：The ability to steer and focus light inside scattering media has long been sought for a multitude of applications. At present, the only feasible strategy to form optical foci inside scattering media is to guide photons by using either implanted or virtual guide stars, which can be inconvenient and limits the potential applications. Here we report a scheme for focusing light inside scattering media by employing intrinsic dynamics as guide stars. By adaptively time-reversing the perturbed component of the scattered light, we show that it is possible to focus light to the origin of the perturbation. Using this approach, we demonstrate non-invasive dynamic light focusing onto moving targets and imaging of a time-variant object obscured by highly scattering media. Anticipated applications include imaging and photoablation of angiogenic vessels in tumours, as well as other biomedical uses.