Fel techneg ddelweddu heb farc, mae delweddu optegol aflinol amlfodd (NLOI) wedi dod yn arf pwerus ar gyfer gwerthuso canser. Er mwyn osgoi arteffactau symud a difrod optegol sy'n gysylltiedig â NLOI amlfodd, un ateb yw defnyddio un laser gwibgyswllt fel ffynhonnell cyffro ynghyd â sianeli canfod lluosog i gasglu signalau o wahanol ddulliau i arsylwi ar fiomoleciwlau gwahanol. Fodd bynnag, yn yr achos hwn, ni ellir optimeiddio pob modd yn annibynnol ac mae angen ffynhonnell gyffro addas i gyffroi pob dull NLOI. Mae microsgopeg amlblecs fflworoleuedd digymell (SLAM) heb label, gyda'r donfedd cyffro wedi'i osod ar 1110 nm, yn galluogi casglu signalau o bedwar dull ar yr un pryd o dan un cyflwr cyffro trwy wahanol sianeli canfod signal, gan gaffael fflworoleuedd dau ffoton (2PAF) ar gyfer FAD , fflworoleuedd tri-ffoton (3PAF) ar gyfer NADH, amledd dau wythfed (SHG) ar gyfer adeileddau colagenaidd, ac amledd tri wythfed (THG) ar gyfer y treiglad mynegai plygiannol. signalau amledd (THG) ar dreigladau indecs plygiannol. Ar hyn o bryd, mae angen i'r rhan fwyaf o'r ffynonellau golau a ddefnyddir i yrru microsgopau SLAM gyfuno corbys ultrashort i ffibrau grisial ffotonig neu grisialau i gyflawni trosi tonfedd, sy'n cynnwys cost uchel, ôl troed mawr, gweithrediad cymhleth, ac anallu gweithrediad sefydlog amser hir.
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, lled pwls o 34fs, a phŵer brig o bron i 3MW, mae'r ffynhonnell golau yn gryno ac yn sefydlog tra'n cyflawni ansawdd pwls rhagorol i yrru microsgopau SLAM ar gyfer delweddu meddygol.
Mae Ffigur 1 yn dangos y diagram sgematig o'r system laser ffibr doped ytterbium gyda rhag-chirp ac ennill rheolaeth ddeuol. Mae'n cynnwys ffynhonnell hadau, modiwl cyn ymhelaethu, modiwl cyn-chirp, modiwl ymhelaethu wedi'i reoli gan ennill (GMA) a modiwl cywasgu. Mae'r ffynhonnell hadau yn darparu pwls had â thonfedd canol o 1040 nm, egni curiad y galon o 0.2 nJ, ac amlder ailadrodd o 43 MHz. Mae'r pwls hadau wedi'i chwyddo ymlaen llaw gan ffibr dop Yb 40 cm o hyd, a gosodir pâr o gratiau o flaen y modiwl GMA i gyflwyno gwasgariad, ac ychwanegir rhag-chirp negyddol neu gadarnhaol at yr allbwn wedi'i chwyddo ymlaen llaw. pwls trwy addasu'r bylchau gratio. Mae corbys wedi'u rhag-roi ymhellach yn cael eu chwyddo mewn ffibr dop Yb 3.1m o hyd er mwyn rheoli enillion. Mae'r ail guriad chwyddedig yn cael ei gywasgu trwy bâr arall o gratiau trawsyrru. Archwilir effaith y paramedrau hyn ar ansawdd cywasgu pwls trwy diwnio'r egni mewnbwn a'r cyn-chirp yn fân, a dangosir y canlyniadau arbrofol yn Ffigys. 2 a 3, sy'n dangos y gellir cynhyrchu corbys o ansawdd cywasgu uchel ar ystod o bŵer pwmp, egni mewnbwn, a chirp negyddol priodol. Pan fo pŵer y pwmp yn 9 W, mae'r egni pwls mewnbwn yn 0.6 nJ, a'r rhag-chirp yw -36000 fs2, pwls â thonfedd canol o 1110 nm, lled pwls o 34 fs, egni o 92.2 nJ, a cheir pŵer brig o bron i 3 MW, sy'n addas iawn ar gyfer gyrru microsgopau SLAM ar gyfer delweddu meddygol.
Delwedd Ffig. 2. Effaith gwahanol egni pwls mewnbwn ar gywasgiad curiad y galon GMA ar bŵer pwmp o 9 W a rhag-chirp o -36000 fs2. (a) Lled pwls cywasgu a chymhareb Strehl ar wahanol egni mewnbwn. (b) Sbectra allbwn ar wahanol egni mewnbwn. (c) Cromlin goch: taflwybr awtogydberthynas fesuredig y curiad cywasgedig, cromlin ddu: taflwybr awto-gydberthynas y pwls terfyn trawsffurfiedig a geir drwy gyfrifiad sbectrol
Ffig. 3. Effaith gwahanol rag-chirps ar gywasgiad curiad y galon GMA ar gyfer egni pwls mewnbwn o 0.6 nJ a phŵer pwmp o 9 W. Crynhoir y canlyniadau fel a ganlyn (a) Lled pwls pwls cywasgedig a Cymhareb Strehl ar gyfer gwahanol rag-chirps. (b) Sbectr allbwn ar wahanol rag-chirps. (c) Cromlin goch: taflwybr awtogydberthynas fesuredig y curiad cywasgedig, cromlin ddu: taflwybr awto-gydberthynas y pwls terfyn wedi'i drawsnewid a geir trwy gyfrifiad sbectrol.
Cymhwysodd y tîm y ffynhonnell golau tra-chyflym hon i astudio patholeg tiwmor mewn gwahanol feinweoedd, gan gynnwys adenocarsinoma berfeddol, adenocarsinoma yr ysgyfaint, a meinweoedd yr afu, i ddelweddu cydrannau cellog ac allgellog ar yr un pryd trwy dechneg SLAM. Dangosir delwedd SLAM o feinwe adenocarcinoma berfeddol yn Ffigur 4, lle mae gwyrdd yn dynodi SHG, magenta yn dynodi THG, melyn yn dynodi 2PEF, a glas yn dynodi y gall delweddu 3PEF.SLAM ddarparu manylion cellog a meinwe llawer cyfoethocach na delweddau confensiynol lliw H&E, a all helpu i ddeall y newidiadau mewn biogydrannau mewn tiwmorau a meinweoedd normal, ac i chwilio am fiofarcwyr ar gyfer diagnosis a phrognosis canser.
Delwedd Ffigur 4. (a) Delwedd SHG/THG/2PEF/3PEF o feinwe adenocarsinoma berfeddol. Mae gwahanol ranbarthau o ddiddordeb yn cael eu chwyddo yn (c) - (e) (sgwariau doriad gwyn). (b) Delweddau staenio H&E cyfatebol. (c) Delwedd 2PEF/3PEF o feinwe mwcosaidd berfeddol normal. (d) Delweddu SHG/THG o feinwe mwcosaidd berfeddol normal. (e) Delweddu SHG o ffibrau interstitial a gwagolau braster, saeth goch: chwarren berfeddol, saeth las: pilen islawr, saeth werdd: mwcws wedi'i secretu gan gelloedd cwpan, saeth wen: macrophage, saeth melyn: ffibrau interstitial, saeth porffor: gwagolau braster. Bar graddfa: 200 μm
Ar y cyfan, llwyddodd y tîm ymchwil i gynhyrchu pwls gwibgyswllt o ansawdd uchel trwy ddatblygu laser ffibr Yb-doped wedi'i rag-roi ac ennill rheolaeth ddeuol, a gymhwyswyd yn llwyddiannus i ddelweddu SLAM, techneg a all ddarparu manylion cellog a meinwe mwy cyfoethog sy'n yn gallu helpu mewn astudiaethau oncopatholeg a diagnosis canser. Yn ogystal, mae'r ffynhonnell golau tra chyflym yn gryno ac yn gadarn, gan ei gwneud yn ddelfrydol i'w defnyddio mewn lleoliad clinigol ar gyfer gwerthusiad cyflym a chynhwysfawr o brosesau ffisiolegol a phatholegol amrywiol. Disgwylir i ganlyniadau arloesol yr astudiaeth hon ddatblygu maes diagnosteg feddygol a therapiwteg trwy ddarparu gwybodaeth fwy cywir a chynhwysfawr ar gyfer diagnosis canser, asesu effeithiolrwydd a thriniaeth unigol. Wrth i'r dechnoleg barhau i ddatblygu a chael ei hoptimeiddio, disgwylir i ddelweddu SLAM chwarae rhan bwysicach mewn ymarfer clinigol yn y dyfodol. Mae'r ddyfais a'r ddyfais graidd sy'n gysylltiedig â'r datblygiad hwn wedi'u cymhwyso ar gyfer patentau dyfeisio cenedlaethol.
Cyhoeddwyd y canlyniadau mewn rhifyn diweddar o Biomedical Optics Express, cyfnodolyn y Optical Society of America (10.1364/BOE.506915), ac awdur cyntaf y papur yw Yuting Xing, myfyriwr doethuriaeth a oruchwylir gan yr ymchwilydd Guoqing Chang.
Cefnogwyd y gwaith hwn gan Sefydliad Cenedlaethol Gwyddoniaeth Naturiol Tsieina (Rhifau Grant 92250307, 62227822, a 62175255) a Rhaglen Datblygu Offeryn Pwysig Academi Gwyddorau Tsieineaidd (Rhif Grant YJKYYQ20190034). Yr ymchwilydd Guoqing Chang a Dr Yaobing Chen o Ysbyty Wuhan Tongji oedd yr awduron cyfatebol, a myfyrwyr PhD Runshi Chen, Lihao Zhang, Yang Liu, Xinzai Diao a'r Ymchwilydd Shu Zhang o Ysbyty Wuhan Tongji, yr Athro Yishi Shi ac Ymchwilydd Zhiyi Wei o'r Brifysgol Roedd Academi Gwyddorau Tsieineaidd hefyd yn ymwneud â dylunio a thrafod y gwaith hwn.
