PNAS：光声成像新技术可实时检测单个红细胞的氧含量
华盛顿大学圣路易斯生物医学研究所的研究人员开发出一种可以利用光和颜色实时测量单个红细胞中的氧气的新技术。这种名为“光声流氧照相术”（photoacoustic flowoxigraphy）的该技术可以最终用于检测氧气是如何被送到正常和病变组织的，以及各种疾病疗法如何影响了氧气向全身的输送。相关研究成果刊登在发布在近期出版的《PNAS》上。
所谓光声成像是一种基于光声效应建立的混合模式生物/医学成像方法，这种技术不同于超声造影，利用了体内不同组分吸收性质的不同。譬如血红蛋白浓度的大小，组织血氧饱和度的高低，均会影响组织的光吸收能力，从而改变超声信号的强度。而检测器探测到的（二维或三维）超声强度空间分布，实际上反映了成像对象内（与光吸收相关的）病理学信息。
红细胞通过动脉、毛细血管和静脉向全身的细胞和组织输送氧气。到目前为止，用于检测血液中氧气含量的最先进的设备是利用一个被称为脉搏血氧计的装置来扣住食指。然而，这一检测方法只能获得动脉中的氧气水平，因此并不能给出氧气代谢的整体情况。该技术以一种全新的方式利用光线，使得研究人员能够看到流经微小毛细血管的红细胞。微小毛细血管是人体内最小的血管，只有一个红细胞那么宽。
研究人员表示，分别用两束不同颜色的激光脉冲照射红细胞，激发时间仅相差20毫秒，几乎是同时发生的，这样光线可以击中几乎位于相同位置的红细胞，我们就能获得两束不同激光返回的信号。通过观察颜色的变化，检测每个血细胞在每个时间单位或距离单位释放了多少氧气。这样就能够检测到毛细血管每个单位长度的平均氧气释放量。
通过这种方法，Wang和他的同事们能够观察到当红细胞面对一个分叉的毛细管时（被称为分叉点），它们会选择哪个方向继续前行。研究人员解释到，这些细胞会选择身体内最需要氧气的那个方向。
尽管这些细胞移动的相当之快，但是该设备的速度——200赫兹，或每秒20个三维帧，足以让研究人员实时地观察到这些细胞。相比而言，电影院播放的电影是30赫兹的，这个速度已经很快，因此人眼并不能看到单个的独立帧。
研究人员表示，光声流氧照相术被认为是一个杰出的技术成就，使血氧定量法达到了最基本的层面，即单细胞水平。这项技术将被应用于未来的生物研究以及临床领域。
研究人员正计划将该技术授权给一家公司，以便它能更好的被生物学家们以及内科医生们应用于实际中。
此外这一研究组还开发了一种新设备，将一个光声成像设备添加到了超声内窥镜中。由此生成的摄像机用光击中器官组织。当光被组织吸收时，组织轻微地发热及膨胀。膨胀生成了一种声压波，内窥镜上的超声设备可以接收到它。这种设备能用于胃肠道检测。
了解更多：
New engineering breakthrough may answer host of medical questions
In an engineering breakthrough, a WashingtonUniversityinSt. Louisbiomedical researcher has discovered a way to use light and color to measure oxygen in individual red blood cells in real time.
Single-cell label-free photoacoustic flowoxigraphy in vivo
PNAS, March 25, 2013 | DOI:
