生物醫(yī)學(xué)光學(xué)第四組活體成像技術(shù)

生物醫(yī)學(xué)光學(xué)第四組活體成像技術(shù)第一頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光動(dòng)力療法光動(dòng)力療法PhotodynamicTherapy

潘熙杰

第二頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日背景傳統(tǒng)的腫瘤治療主要包括手術(shù)治療,放療以及化療等，但是這些療法幾乎都存在著較大的副作用,為了獲得更好的腫瘤治療方法，人們一直在進(jìn)行著積極的探索.第三頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日基本過(guò)程它的基本過(guò)程是利用特定波長(zhǎng)的光照射事先局部或全身注入機(jī)體的光敏劑，光敏劑隨之活化并與氧分子作用產(chǎn)生具有細(xì)胞毒性的單線態(tài)氧及活性氧簇，經(jīng)過(guò)直接與間接作用對(duì)腫瘤組織產(chǎn)生不可逆的損傷.第四頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光動(dòng)力療法光動(dòng)力作用的發(fā)生需要光敏劑、適當(dāng)波長(zhǎng)的光、適當(dāng)濃度的氧和適當(dāng)?shù)臏囟人膫€(gè)條件的同時(shí)存在

第五頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日因?yàn)楣饷魟┰诟鹘M織中的半衰期不同,經(jīng)過(guò)一定時(shí)間后可造成腫瘤組織中光敏劑的濃度高于其周?chē)＝M織,在特定波長(zhǎng)的光的輻射下,基態(tài)的光敏劑由單線態(tài)光敏劑轉(zhuǎn)變成激發(fā)狀態(tài)的三線態(tài)光敏劑。第六頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日激發(fā)狀態(tài)的三線態(tài)光敏劑一方面作用于組織底物或氫原子或電子,其產(chǎn)物與氧作用形成各種氧化物;另一方面它直接將能量轉(zhuǎn)移給氧,形成單線態(tài)氧。第七頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日單線態(tài)氧與氧化物都具有細(xì)胞毒性作用,尤其單線態(tài)氧是光動(dòng)力作用誘導(dǎo)腫瘤壞死的主要損傷形式。它能破壞癌瘤中的微血管,造成局部缺血和細(xì)胞死亡,數(shù)日后該部組織將壞死脫落,從而達(dá)到局部治癌的目的。第八頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日三個(gè)基本要素現(xiàn)代光動(dòng)力療法包括三個(gè)重要的方面:光敏劑光組織氧第九頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光敏劑光敏劑在PDT中起著能量傳遞的作用，它們一般是兩親性分子。親水性使得其能夠在血液中順利運(yùn)輸而不凝結(jié)或沉淀。而從血液進(jìn)入細(xì)胞需透過(guò)細(xì)胞脂膜，又要求其具備親脂性。進(jìn)入血液后，光敏劑常常通過(guò)與血清蛋白，尤其是脂蛋白相結(jié)合的方式運(yùn)輸，而后再通過(guò)受體介導(dǎo)(如脂蛋白受體，苯二氮卓受體等)及胞吞等方式進(jìn)入細(xì)胞第十頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日在細(xì)胞內(nèi)，不同的光敏劑有各自的累積位點(diǎn)。一般主要分布在脂膜結(jié)構(gòu)上，如細(xì)胞膜，線粒體，溶酶體，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等，光敏劑經(jīng)修飾或與載體等相連接后，其定位點(diǎn)也可以發(fā)生明顯的變化。第十一頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日良好的光敏劑應(yīng)該具有以下特點(diǎn):低不良反應(yīng)(過(guò)敏，系統(tǒng)毒性，皮膚光毒性，代謝物毒性及放射損傷等);不易誘發(fā)腫瘤抗性突變;較好的腫瘤組織靶向累積性;較容易從正常組織清除;較強(qiáng)的可修飾性;較易得的激發(fā)條件;在光療窗口頻段中具有較高的光吸收性;較高的活性氧產(chǎn)率;便于商業(yè)化生產(chǎn)運(yùn)輸及保存;較好的使用依從性以及較低廉的價(jià)格等；第十二頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日目前光敏劑已發(fā)展到第三代:第一代為卟啉衍生物第二代弱化了上一代的不良反應(yīng)第三代著重于與腫瘤細(xì)胞的特異性結(jié)合第十三頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光光在PDT中提供激發(fā)能量，按其來(lái)源可分為白熾光，激光及發(fā)光二極管等。主流的光敏劑其激發(fā)光波長(zhǎng)大都分布在600～800nm，過(guò)短不利于穿透組織，過(guò)長(zhǎng)則大多被組織內(nèi)水吸收損耗，而且長(zhǎng)波光子能量小，或不足以激發(fā)光敏劑。第十四頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日用何種波長(zhǎng)進(jìn)行PDT治療取決于光敏劑類(lèi)型，腫瘤類(lèi)別，大小，生長(zhǎng)部位，組織特性以及設(shè)備，費(fèi)用等，但由于此波長(zhǎng)區(qū)間的光組織穿透性較差，只有0.5～1.0cm，所以在一定程度上限制了PDT的臨床應(yīng)用。第十五頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日目前已經(jīng)研究出的雙光子PDT療法，有效地提高了光的組織穿透性,它采用具有較高峰值輻照功率密度的脈沖激光作為光源，確保每次輻照有兩個(gè)光子同時(shí)被光敏劑吸收,此時(shí)每個(gè)光子只需要提供一半的活化能,所以具有更強(qiáng)的組織穿透性的近紅外光也可以作為激發(fā)光源。第十六頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日組織氧組織氧在PDT中的作用主要在于產(chǎn)生ROS等細(xì)胞毒性物質(zhì)殺傷腫瘤細(xì)胞，它在組織的存在及濃度對(duì)于PDT發(fā)揮作用也是至關(guān)重要的。第十七頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日腫瘤組織氧的含量除了限制放療及化療的效果外，也使PDT受到不同程度的影響。一般而言，腫瘤組織內(nèi)較正常組織是低氧的，但也有少數(shù)腫瘤由于血供等的原因反而具有更高的氧含量，主要見(jiàn)于皮膚腫瘤，這類(lèi)腫瘤往往有著良好的PDT治療結(jié)果。第十八頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日影響PDT過(guò)程中腫瘤組織氧含量的因素很多：腫瘤性質(zhì)及體積(光腫瘤穿透性以及腫瘤細(xì)胞自身耗氧等)腫瘤血管床因素(影響氧供)PDT消耗底物氧等第十九頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日除了作為底物參與光動(dòng)力反應(yīng)，組織氧還可以連同組織酸堿度(PH)共同影響光在組織內(nèi)的穿透性。這與二者能夠影響含氧血紅蛋白/脫氧血紅蛋白的比例有關(guān)。這兩種血紅蛋白是組織內(nèi)吸收損耗光的主要成分，而且二者對(duì)不同的頻譜吸收也不同。第二十頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日PDT抗腫瘤效應(yīng)的機(jī)制目前認(rèn)為，PDT抗腫瘤效應(yīng)的機(jī)制主要包括以下四個(gè)互相關(guān)聯(lián)的方面:對(duì)腫瘤細(xì)胞的直接殺傷對(duì)腫瘤血管的損傷局部炎癥反應(yīng)及后續(xù)的抗腫瘤免疫反應(yīng)第二十一頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日PDT對(duì)腫瘤細(xì)胞的直接殺傷作用主要分為三種:凋亡壞死自噬相關(guān)細(xì)胞死亡第二十二頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日凋亡細(xì)胞凋亡（apoptosis）指為維持內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定，由基因控制的細(xì)胞自主的有序的死亡。細(xì)胞凋亡與細(xì)胞壞死不同，細(xì)胞凋亡不是一件被動(dòng)的過(guò)程，而是主動(dòng)過(guò)程，它涉及一系列基因的激活、表達(dá)以及調(diào)控等的作用，它并不是病理?xiàng)l件下，自體損傷的一種現(xiàn)象，而是為更好地適應(yīng)生存環(huán)境而主動(dòng)爭(zhēng)取的一種死亡過(guò)程。

第二十三頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日第二十四頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日壞死壞死被認(rèn)為是因病理而產(chǎn)生的被動(dòng)死亡，如物理性或化學(xué)性的損害因子及缺氧與營(yíng)養(yǎng)不良等均導(dǎo)致細(xì)胞壞死。壞死細(xì)胞的膜通透性增高，致使細(xì)胞腫脹，細(xì)胞器變形或腫大，早期核無(wú)明顯形態(tài)學(xué)變化，最后細(xì)胞破裂。另外壞死的細(xì)胞裂解要釋放出內(nèi)含物，并常引起炎癥反應(yīng)。

第二十五頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日壞死的作用對(duì)caspase凋亡信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路進(jìn)行抑制后發(fā)現(xiàn)，PDT對(duì)腫瘤細(xì)胞的直接殺傷作用并未消失，并且產(chǎn)生更強(qiáng)的細(xì)胞壞死效應(yīng)。除了直接損傷，壞死細(xì)胞成分及降解產(chǎn)物在釋放后，可作為促炎因子誘發(fā)炎癥反應(yīng)，為后續(xù)的腫瘤持續(xù)性殺傷效應(yīng)奠定了基礎(chǔ)。第二十六頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日自噬相關(guān)性細(xì)胞死亡細(xì)胞通過(guò)自噬產(chǎn)生自噬小體，后者與溶酶體結(jié)合，分解消化受損的細(xì)胞器及積聚交聯(lián)的蛋白質(zhì)以達(dá)到清除及再利用的目的。是一種自限性的細(xì)胞自體保護(hù)性行為，可以促進(jìn)腫瘤細(xì)胞存活。第二十七頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日自噬相關(guān)性細(xì)胞死亡將參與調(diào)控細(xì)胞自噬相關(guān)的基因敲除后，腫瘤細(xì)胞，尤其是在低氧區(qū)域內(nèi)的腫瘤細(xì)胞，死亡率隨即提高。但是自噬的持續(xù)性存在會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞死亡。第二十八頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日自噬相關(guān)性細(xì)胞死亡在PDT中，能誘發(fā)自噬的因素包括低氧，氧化應(yīng)激，Bcl-2損傷，低氧誘導(dǎo)因子-1表達(dá)上調(diào)等。但對(duì)于自噬相關(guān)的細(xì)胞死亡目前尚無(wú)統(tǒng)一的結(jié)論。有學(xué)者認(rèn)為PDT能夠損傷細(xì)胞溶酶體，限制自噬的進(jìn)程，造成細(xì)胞內(nèi)被損傷的物質(zhì)堆積，增加了被損傷細(xì)胞死亡的可能性。也有學(xué)者認(rèn)為PDT作用后，細(xì)胞內(nèi)自噬抑制因素如Bcl-2/Bcl-xl抗凋亡蛋白等損傷，自噬增強(qiáng)，最終導(dǎo)致細(xì)胞死亡。具體機(jī)制仍有待于繼續(xù)探究。第二十九頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光遺傳學(xué)及其生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用OptogeneticsanditsBiomedicalApplications吳納

第三十頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日目錄1234第三十一頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日背景介紹光遺傳學(xué)技術(shù)之父：KarlDeisseroth斯坦福大學(xué)，神經(jīng)科學(xué)博士2005年，發(fā)明了光遺傳學(xué)技術(shù)。他在細(xì)菌視蛋白的幫助下用光控制了大腦細(xì)胞的開(kāi)關(guān)2010年，光遺傳學(xué)被NatureMethods選為年度方法第三十二頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日相關(guān)原理光遺傳技術(shù)（Optogenetics)，是一種將光控技術(shù)和遺傳技術(shù)相結(jié)合，將光敏蛋白表達(dá)于可興奮的靶細(xì)胞/器官上，再用相應(yīng)波長(zhǎng)激活光敏蛋白以實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)物生理功能的調(diào)控的一項(xiàng)新技術(shù)

光敏蛋白

光敏特異性蛋白

光敏蛋白表達(dá)于靶細(xì)胞

感應(yīng)波長(zhǎng)激發(fā)特異性光敏蛋白

蛋白開(kāi)關(guān)啟動(dòng)釋放電信號(hào)

刺激

動(dòng)物行為與靶細(xì)胞特異性蛋白結(jié)合

病毒/質(zhì)粒

轉(zhuǎn)染第三十三頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日相關(guān)原理興奮蛋白（ActivationProtein）Chr(channelrhodopsin)是一類(lèi)興奮光敏感蛋白，其被藍(lán)光波段光照射后可通過(guò)陽(yáng)離子(Na+,K+)，引起神經(jīng)元的細(xì)胞膜去極化，產(chǎn)生動(dòng)作電位。抑制蛋白（InhibitionProtein）Hr(Halorbodopsin)是一類(lèi)抑制光敏感蛋白，其在黃光波段光的持續(xù)照射下，可將細(xì)胞外的陰離子(Cl-)不斷泵入細(xì)胞內(nèi)，是的神經(jīng)元的細(xì)胞膜超極化。第三十四頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日相關(guān)原理第三十五頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日相關(guān)原理第三十六頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光遺傳學(xué)的應(yīng)用控制喜好誘導(dǎo)記憶控制行為產(chǎn)生絕對(duì)焦慮社會(huì)功能障礙大腦深度刺激刺激肌肉恢復(fù)視力抑制癲癇第三十七頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日總結(jié)展望待解決問(wèn)題難以通過(guò)單次測(cè)量精確地記錄一個(gè)清晰的動(dòng)作電位信號(hào)膜電位成像記錄的信噪比的提高受細(xì)胞膜特異性限制光學(xué)技術(shù)會(huì)對(duì)組織造成一定的損傷光敏蛋白的表達(dá)會(huì)對(duì)組織產(chǎn)生一定的影響······

以低損傷性、高空間分辨率和遺傳特異性為特點(diǎn)的光學(xué)神經(jīng)信號(hào)記錄及神經(jīng)功能的光控制技術(shù)的應(yīng)用，在神經(jīng)科學(xué)研究中已取得了一系列突破。若能在提高動(dòng)作電位采集的精確性，提高膜電位成像的信噪比，降低光信號(hào)對(duì)組織的損傷有所進(jìn)步，光遺傳技術(shù)將對(duì)研究生物體的大腦產(chǎn)生極大的推動(dòng)。第三十八頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光學(xué)相干層析掃描技術(shù)

opticalcoherencetomography鄧月月第三十九頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日層析技術(shù)層析：即逐層分析，通過(guò)光、聲、核磁共振或電等對(duì)組織進(jìn)行內(nèi)部結(jié)構(gòu)分析。可將層析技術(shù)分為四大類(lèi)：光學(xué)層析技術(shù)、聲學(xué)層析技術(shù)、電學(xué)層析技術(shù)、核磁共振層析技術(shù)。目前應(yīng)用的有X-ray層析、超聲層析、核磁共振層析、光聲層析。第四十頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日各種層析技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)X-ray層析：優(yōu)點(diǎn)是對(duì)比度高，分辨率高，缺點(diǎn)是對(duì)一些軟組織探測(cè)能力有限，并且有致癌的可能。超聲層析：具有價(jià)格低廉、設(shè)備體積相對(duì)較小，穿透深度高，但在對(duì)比度與分辨率弱于X-ray層析。激光共焦掃描層析：優(yōu)點(diǎn)是可以達(dá)到高對(duì)比度，但生物組織是混濁介質(zhì),光的強(qiáng)散射易造成低靈敏度和低分辨率。核磁共振層析：對(duì)軟組織的探測(cè)能力高，但設(shè)備大，成本高,價(jià)格高昂。第四十一頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日OCT背景介紹OCT即光學(xué)相干斷層成像技術(shù)（OpticalCoherenceTomography,OCT），是繼X射線、CT、MRI和超聲診斷技術(shù)之后的又一新的醫(yī)學(xué)斷層成像方法光學(xué)相干層析術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是可以獲得比X射線CT、超生成像術(shù)、核磁共振成像術(shù)等傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)成像技術(shù)高1~2個(gè)數(shù)量級(jí)的分辨率成像術(shù)種類(lèi)分辨率X射線CT300um~1mm超聲成像500um~1mm核磁共振成像100um~500umOCT成像1um~50um第四十二頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日OCT基本原理它將低相干測(cè)量法和光學(xué)干涉儀結(jié)合在一起濾掉物鏡焦點(diǎn)之外的散射光加上現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)迅速發(fā)展成為一門(mén)新興的層析成像診斷技術(shù)。而且OCT可以實(shí)現(xiàn)對(duì)活體組織的無(wú)輻射無(wú)損傷及實(shí)時(shí)的探測(cè)和成像。第四十三頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日邁克爾遜干涉儀第四十四頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日?qǐng)D1.典型的單點(diǎn)光學(xué)相干斷層掃描的光學(xué)設(shè)備。通過(guò)掃描照射在樣品上的光束可以以微米級(jí)的分辨率以無(wú)損的方式重建樣品的截面圖，深度最深可達(dá)3mm。原理圖第四十五頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日低相干干涉測(cè)量法------提高縱向分辨率

在樣品折射率確定的情況下，縱向分辨率只與光源的相干長(zhǎng)度有關(guān)，相干長(zhǎng)度越短，頻率越高，縱向分辨率越高

使用邁克爾遜干涉儀，將時(shí)間的測(cè)量轉(zhuǎn)變成為空間的測(cè)量。OCT測(cè)量的干涉強(qiáng)度而非直接測(cè)量反射光的強(qiáng)度，但用這些信息代表反射光的強(qiáng)度。用光波反射時(shí)間和光波延時(shí)時(shí)間來(lái)測(cè)量距離，得到了樣本深度方向（Z軸）的一維測(cè)量數(shù)據(jù)。光束穿過(guò)樣品掃描，測(cè)得平行于樣品表面（X-Y方向）的二維數(shù)據(jù)，將得到的三維信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，便得到了樣本的立體層析圖像兩種技術(shù)：第四十六頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日OCT特性對(duì)散射光的抑制作用OCT只有當(dāng)樣本光束和參照光束等光程時(shí)才會(huì)產(chǎn)生干涉信號(hào)，因而對(duì)其它雜散光有抑制作用。它帶來(lái)的好處是對(duì)不透明的生物組織仍能有效成像。因?yàn)樯锝M織散射很強(qiáng)，在普通光鏡下會(huì)因?yàn)樯⑸溥^(guò)強(qiáng)使反襯度降為零而不能進(jìn)行觀察。正是充分利用這一點(diǎn)，OCT系統(tǒng)才會(huì)發(fā)展應(yīng)用到冠心病的介入治療中。第四十七頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日高分辨率為了保證縱向分辨率，采用低相干照明光源，因?yàn)樵跇悠氛凵渎蚀_定的情況下，縱向分辨率只與光源的相干長(zhǎng)度有關(guān)，相干長(zhǎng)度越短，頻率越高，縱向分辨率越高。目前為止，OCT是空間分辨率最高的血管內(nèi)成像技術(shù)，分辨率可達(dá)到10~20um第四十八頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日高靈敏度外差探測(cè)法在頻域檢測(cè)信號(hào)光和參考光的相干信號(hào)中的差額部分能不失真的精確復(fù)原調(diào)制信號(hào)，即反應(yīng)物內(nèi)部的結(jié)構(gòu)信息和光學(xué)參數(shù)信息，最后將得到的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱，賦予不同的灰度或某種顏色，即得到樣品的灰度圖或偽彩圖。第四十九頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日OCT在冠心病診療中的應(yīng)用第五十頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日冠心病定義：冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(coronaryatheroscleroticheartdisease)簡(jiǎn)稱(chēng)冠心病，指由于脂質(zhì)代謝不正常，血液中的脂質(zhì)沉著在原本光滑的動(dòng)脈內(nèi)膜上，在動(dòng)脈內(nèi)膜一些類(lèi)似粥樣的脂類(lèi)物質(zhì)堆積而成白色斑塊，稱(chēng)為動(dòng)脈粥樣硬化病變。這些斑塊漸漸增多造成動(dòng)脈腔狹窄，使血流受阻，導(dǎo)致心臟缺血，產(chǎn)生心絞痛第五十一頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日揭示斑塊形態(tài)和性質(zhì)OCT已經(jīng)廣泛應(yīng)用于評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈病變特征高分辨率10μm高準(zhǔn)確度和靈敏度顯示組織細(xì)微結(jié)構(gòu)“光學(xué)活檢”斑塊破裂纖維斑塊脂質(zhì)斑塊鈣化巨噬細(xì)胞微通道第五十二頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日識(shí)別易損斑塊導(dǎo)致臨床急性事件發(fā)生易損斑塊病理特征主要為：含有豐富的細(xì)胞外脂質(zhì)和細(xì)胞碎片組成的粥樣核（大于斑塊總體積的40%），其外部纖維冒較薄，有大量的巨噬細(xì)胞和T細(xì)胞侵潤(rùn)。易損斑塊第五十三頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日OCT對(duì)血栓的檢測(cè)：易損斑塊的不穩(wěn)定性增加血管內(nèi)粥樣斑塊的破裂進(jìn)而導(dǎo)致局部血栓形成的風(fēng)險(xiǎn)混合血栓，介于紅白血栓之間的反射信號(hào)白色血栓，突入管腔中的組織為強(qiáng)反光信號(hào)，低衰減紅色血栓，突入管腔中的組織為高反光信號(hào)。伴有無(wú)信號(hào)尾影第五十四頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日OCT在PCI（經(jīng)皮冠心病介入治療）中的應(yīng)用價(jià)值OCT能觀察到支架貼壁不良，內(nèi)膜撕裂和組織脫垂，通過(guò)測(cè)量支架梁和血管壁的距離評(píng)價(jià)支架貼壁情況，有助于選擇合適的介入治療方式和介入器械，可細(xì)致評(píng)價(jià)介入治療的即可效果和長(zhǎng)期效果。貼壁良好貼壁不良組織脫垂內(nèi)膜撕裂第五十五頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日OCT在PCI隨訪中的應(yīng)用置入藥物洗脫架后，由于支架表面內(nèi)膜覆蓋不全引起晚期血栓的報(bào)道逐漸增多。如何檢測(cè)藥物洗脫支架術(shù)后內(nèi)膜覆蓋情況是當(dāng)前大家關(guān)注的焦點(diǎn)。支架晚期內(nèi)血栓第五十六頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日OCT技術(shù)未來(lái)展望生物光學(xué)和納米技術(shù)的聯(lián)合

能在近紅外光照射下發(fā)光的熒光探針的引入開(kāi)啟了體內(nèi)分子成像的前景，經(jīng)熒光染色的區(qū)域光子很少被組織吸收，因此會(huì)增加光線的穿透力和局部光能釋放的安全性。OCT光譜內(nèi)具有吸收特點(diǎn)的近紅外染料可以增加對(duì)比度進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量，這些染料包括新一代的納米粒子，其光學(xué)特性進(jìn)一步提高，對(duì)化學(xué)和加熱滅活的敏感性降低。而且，使用可吸收近紅外光的納米粒子可能具有熱治療的作用。生物光學(xué)和納米技術(shù)的聯(lián)合為檢測(cè)和治療動(dòng)脈粥樣硬化病變可能提供一種新的策略第五十七頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日生理功能評(píng)價(jià)和解剖影像檢測(cè)結(jié)合目前已經(jīng)商品化的以多普勒為基礎(chǔ)的壓力導(dǎo)絲技術(shù)可以在導(dǎo)絲頭端測(cè)量血流，是一項(xiàng)評(píng)價(jià)臨界病變嚴(yán)重程度和介入治療效果的成熟技術(shù)。從運(yùn)動(dòng)例子反射回的光線與從靜止粒子返回的比較,會(huì)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)，可以用來(lái)確定血流的方向和速度，從而收集血流在斑塊部位的生理信息。OCT與多普勒技術(shù)結(jié)合可以拓展其在貪人心臟病學(xué)中的應(yīng)用，使其既能獲得解剖學(xué)影像又能測(cè)量血流生理參數(shù)。第五十八頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日成像技術(shù)的研究OCT的第二代形式頻域OCT(frequeneydomainopfiealcoherencetomography，F(xiàn)D—OCT)采用激光作為光源，能夠以更高的幀頻率成像(可以實(shí)現(xiàn)更高速掃描)，掃描成像速度可達(dá)每秒20mm。只要2．5s就可以掃描成像50liral長(zhǎng)的血管，那么只要用少量生理鹽水或造影劑沖洗就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整根冠脈血管的成像(這種速度的加快使得第二代OCT可以在短暫的非封閉的的生理鹽水凈化之后對(duì)長(zhǎng)節(jié)段的冠狀動(dòng)脈迅速三維成像)，同時(shí)FD-OCT圖像的分辨率也得到提高。2008年Lghtl到b公司發(fā)布了對(duì)SL-OCT(spectral-domainscanning-laserOCTsystem)的報(bào)道。SL-OCT技術(shù)基于FD-OCT技術(shù)，相比M2能夠獲得更清晰圖像，同時(shí)解決了OCT不能在充滿紅細(xì)胞的血管中成像的問(wèn)題。敏感程度是M2系統(tǒng)的3倍，開(kāi)創(chuàng)了OCT血管3D成像的時(shí)代。盡管目前該項(xiàng)技術(shù)還在臨床前實(shí)驗(yàn)階段，但相信不遠(yuǎn)的未來(lái)，SL-OCT將為介入治療提供更詳盡的血管信息。第五十九頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光鑷技術(shù)與應(yīng)用

李四維OpticaltweezersanditsApplications第六十頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日背景17世紀(jì)初期,德國(guó)天文學(xué)家開(kāi)普勒在解釋彗尾之所以背向太陽(yáng)的原因時(shí),就指出這是受到太陽(yáng)光的輻射作用所致1873年,麥克斯韋根據(jù)他的電磁學(xué)理論從理論上說(shuō)明了光本身可產(chǎn)生力,或者說(shuō)是光輻壓。1909年,德拜給出了線偏振平面電磁波作用于均勻球形粒子所產(chǎn)的輻射壓的理論.但由于光輻壓極其微弱,同時(shí)也因缺少足夠強(qiáng)的光,毫瓦級(jí)功率的光僅可產(chǎn)生皮牛頓級(jí)(1pN=N)的作用力

第六十一頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日20世紀(jì)60年代,激光的發(fā)明給輻射壓力的研究提供了高強(qiáng)度、高準(zhǔn)直度的光源,從實(shí)驗(yàn)上驗(yàn)證光輻射壓的存在才成為可能.1970年貝爾實(shí)驗(yàn)室的ArthurAshkin是對(duì)此進(jìn)行研究,ArthurAshkin等人首先提出利用光壓操縱微小粒子的概念.1986年,Ashkin等人才發(fā)現(xiàn)單獨(dú)一束高度聚焦的激光就足以形成三維穩(wěn)定的能量阱,可以吸引電介質(zhì)粒子并將其束縛在光腰中央,于是第一個(gè)光鑷子(opticaltweezers)誕生了,也因此,光鑷的正式名稱(chēng)為單光束梯度力阱(singlebeamgradientopticaltrap）它可以用來(lái)捕獲并移動(dòng)從數(shù)十納米到數(shù)十微米的微小粒子第六十二頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日朱棣文教授是一位美國(guó)華裔物理學(xué)家，1986年由同樣在貝爾實(shí)驗(yàn)室的朱棣文教授將光鑷應(yīng)用于冷卻及捕捉原子而聲名大噪，進(jìn)而獲得1997諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。1994年獲選我國(guó)中研院院士朱棣文教授也是繼楊振寧、李政道及丁肇中后，第四位榮獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的華人(李遠(yuǎn)哲是化學(xué)獎(jiǎng))。2008年歐巴馬政府上臺(tái)后，便借重他的專(zhuān)長(zhǎng)，任命他為美國(guó)第12任能源部長(zhǎng)(2009年1月21日至2013年5月16日)。卸任后目前在美國(guó)史丹佛大學(xué)物理系任教。

第六十三頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光的動(dòng)量是光的一個(gè)基本屬性光不但具有能量，還具有動(dòng)量。光與物質(zhì)相互作用交換動(dòng)量在物體上的力等于光引起的單位時(shí)間內(nèi)物體動(dòng)量的改變，并由此引起物體的位移和速度的變化，稱(chēng)之為光的力學(xué)效應(yīng)。由于光輻射對(duì)物體產(chǎn)生的力通常稱(chēng)之為光的輻射壓力，簡(jiǎn)稱(chēng)光壓。第六十四頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光鑷下細(xì)胞受力梯度力

散射力梯度力:來(lái)自介質(zhì)小球中的電偶極矩在不均勻電磁場(chǎng)中受到的力。它正比于光強(qiáng)的梯度，指向光場(chǎng)強(qiáng)度的最大處散射力：來(lái)自光在散射過(guò)程中與光子交換動(dòng)量獲得的，被散射的光子動(dòng)量改變來(lái)自介質(zhì)對(duì)光的作用力，它的方向沿光的傳播方向第六十五頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光鑷的基本原理光鑷的基本原理在于光與物質(zhì)微粒之間的動(dòng)量傳遞的力學(xué)效應(yīng)，對(duì)于直徑大于波長(zhǎng)（約5倍波長(zhǎng)）的米氏粒子來(lái)光鑷的勢(shì)阱原理可以用幾何光學(xué)來(lái)解釋:(1)對(duì)于直徑大于波長(zhǎng)的米氏粒子來(lái),光鑷的勢(shì)阱原理可以用幾何光學(xué)來(lái)解釋.a第六十六頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日此方法計(jì)算簡(jiǎn)便。粒子尺度合適時(shí)，可以很方便討論所關(guān)心因素對(duì)光阱的影響。但是幾何近似較為粗糙，用此方法計(jì)算，可以得到光阱作用力與粒子半徑無(wú)關(guān)的錯(cuò)誤結(jié)論。同時(shí)，它也不能計(jì)算粒子形狀對(duì)光阱的影響。另外，它還忽略了光阱焦點(diǎn)處的衍射斑的大小第六十七頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日(2)對(duì)于直徑小于激光波長(zhǎng)的瑞利散射顆粒（約二十分之一個(gè)波長(zhǎng)）,可采用電磁場(chǎng)模型來(lái)研究粒子的行為a第六十八頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日由于外加激光光場(chǎng)會(huì)使粒子極化,處于電磁場(chǎng)梯度中的粒子會(huì)受到梯度力的作用。梯度力源于電場(chǎng)中感生電偶極子受到的洛侖茲力,其大小正比于光強(qiáng)梯度,方向指向強(qiáng)度梯度的方向。此方法在計(jì)算過(guò)程中采取了種種近似，如：認(rèn)為粒子不影響光波的傳播，光波的表達(dá)式中不考慮散射光；認(rèn)為瞬間的入射光在粒子的各個(gè)邊界上是常量等等。這些近似都是建立在粒子足夠小的前提下的。因此，此方法僅適用于小粒子（幾十納米尺度），目前的應(yīng)用還不太廣泛。但隨著生命科學(xué)的發(fā)展，對(duì)單分子的捕捉的研究蓬勃發(fā)展，對(duì)此類(lèi)問(wèn)題的研究將會(huì)是很有意義的。第六十九頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日生物學(xué)中對(duì)生物進(jìn)行體外研究可能沒(méi)有在研究體內(nèi)反應(yīng)的更為準(zhǔn)確，那是因?yàn)轶w內(nèi)環(huán)境的復(fù)雜活動(dòng)無(wú)法由體外表現(xiàn)，因此，在體內(nèi)生物研究中，尤其是對(duì)活的動(dòng)物研究，是很重要的，它可以驗(yàn)證我們從體外研究獲得的知識(shí)。正因?yàn)榧す饽艽┩干锝M織，所以光鑷能夠非侵入性的俘獲和操縱活的動(dòng)物中的生物細(xì)胞第七十頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光鑷矯正位移標(biāo)定:由于光鑷的受力與位移有關(guān)，所以首先要對(duì)位移探測(cè)進(jìn)行標(biāo)。不管是光鑷絕對(duì)移動(dòng)測(cè)量還是相對(duì)移動(dòng)測(cè)量都需先對(duì)已知尺度如顯微鏡標(biāo)尺進(jìn)行測(cè)量，計(jì)算出測(cè)量量與標(biāo)準(zhǔn)尺度的轉(zhuǎn)換系數(shù)，完成位移標(biāo)定使用CCD攝像機(jī)做位移測(cè)量時(shí)，被探測(cè)小球成像半徑與CCD像素尺寸之比與探測(cè)精度有關(guān)。該比值越小，探測(cè)誤差越大。當(dāng)比值大于50時(shí)，探測(cè)誤差趨近于零。

對(duì)力標(biāo)定：微粒在光阱中受到簡(jiǎn)諧力作用，作受限布朗運(yùn)動(dòng)，顆粒偏離光阱中心位移工受到光阱力F作用，其線性系數(shù)為光阱度即，。在實(shí)際應(yīng)用中，標(biāo)定了剛度出即可得到光阱力大小。常用剛度標(biāo)定方法有流體力學(xué)法，功率譜法、熟運(yùn)動(dòng)法和周期驅(qū)動(dòng)力法。第七十一頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日流體力學(xué)流體力學(xué)的方法認(rèn)為被光鑷控制移動(dòng)的小球在靜止的介質(zhì)中所受到的粘滯力可由斯托克斯公式計(jì)算：此力使小球偏離光阱中心位置,從而產(chǎn)生光阱恢復(fù)力。當(dāng)粘滯力與光阱恢復(fù)力相等時(shí)小球的位置為平衡位置,測(cè)量此時(shí)的位移,可求出光阱的剛度為第七十二頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光鑷光路圖激光波長(zhǎng)1064納米，BE為擴(kuò)述鏡,L1L2為透鏡，M1，M2為反射鏡，DM為分光鏡，MO為顯微鏡物鏡照明為鹵素?zé)簟Db光束在體內(nèi)的幾何光學(xué)圖示，NFP標(biāo)稱(chēng)焦點(diǎn)位置，AFP實(shí)際焦點(diǎn)位置實(shí)驗(yàn)光路圖第七十三頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光鑷捕獲和控制血細(xì)胞老鼠耳朵的血細(xì)管深度接近光鑷的工作距，血紅紅細(xì)胞的在血細(xì)管中的流動(dòng)速度在0.1到2毫米每秒。在老鼠耳部皮膚下40微米的毛細(xì)血管直徑約5微米，血紅細(xì)胞在里面可以一個(gè)一個(gè)的流動(dòng)，當(dāng)流速降低到一定程度就可以捕獲，捕獲過(guò)程是個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程第七十四頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日橫向移動(dòng)紅細(xì)胞下圖顯示的是一種被動(dòng)的方式在橫向上控制細(xì)胞，其中，激光束是靜止的，而我們移動(dòng)樣品臺(tái)來(lái)移動(dòng)鼠標(biāo)的耳朵。作為樣品臺(tái)移動(dòng)橫向，被困細(xì)胞逐漸越來(lái)越接近血管的邊緣第七十五頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日堵塞毛細(xì)管光鑷可以人為的誘發(fā)紅細(xì)胞在毛細(xì)血管堵塞，因?yàn)橐粋€(gè)紅細(xì)胞的大小與毛細(xì)血管寬度相近，所以一個(gè)被捕獲了的紅細(xì)胞可以造成毛細(xì)血管的堵塞，紅細(xì)胞占用了毛細(xì)管更多自由流動(dòng)面積，最終導(dǎo)致聚集和毛細(xì)管堵塞。第七十六頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光學(xué)鑷子清除堵塞毛細(xì)管光鑷陷阱的紅細(xì)胞，這已經(jīng)阻止了毛細(xì)管，并取出他們從毛細(xì)管。我們慢慢施加外力細(xì)胞和觀察小幅位移后停止。如果細(xì)胞是出陷阱中心，我們等待的細(xì)胞俘獲發(fā)生。因此，它是可能逐步與位移加大推進(jìn)的步驟第七十七頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日光鑷的優(yōu)點(diǎn)1光鑷對(duì)微粒的操控是非接觸的遙控方式，不會(huì)給對(duì)象造成機(jī)械損。這使得光鑷在生物學(xué)研究特別是單細(xì)胞單分子研究領(lǐng)域應(yīng)用非常合適。2直接操控亞微米到微米量級(jí)的粒子;可實(shí)時(shí)測(cè)量操控粒子所受的力,精度可以達(dá)到亞牛量級(jí)。3光鑷的溫和操控不會(huì)損失細(xì)胞，雖然激光會(huì)產(chǎn)生熱，但可以通過(guò)選擇合適的波長(zhǎng)，避開(kāi)細(xì)胞對(duì)光的吸收波長(zhǎng)，將熱效應(yīng)降到最低4由于大部分細(xì)胞膜是透明的，光可以穿過(guò)細(xì)胞膜操控細(xì)胞內(nèi)部微粒，這是其他操控手段無(wú)法做到的5.幾乎不干擾生物粒子周?chē)h(huán)境和它的正常生命活動(dòng)：光鑷的所有機(jī)械部件離捕獲對(duì)象的距離都遠(yuǎn)大于捕獲對(duì)象的尺度（1000倍），是“遙控”操作。第七十八頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日存在的問(wèn)題1.光學(xué)剛度校準(zhǔn)的可重復(fù)性問(wèn)題，因?yàn)樵诓煌纳锝M織內(nèi)，光鑷的剛度各不相同

2.無(wú)法在更深的位置捕捉到細(xì)胞，其中的原因有一下兩點(diǎn):

第一，由于激光功率在更深的損失顯著，從而俘獲力顯著降低在更深的位置。第二，可能沒(méi)有一個(gè)適當(dāng)?shù)奶荻攘σ员３旨?xì)胞，因?yàn)橄癫钤谒骄劢雇ㄟ^(guò)較厚的組織是更嚴(yán)重的。第七十九頁(yè)，共八十二頁(yè)，2022年，8月28日參考文獻(xiàn)——光動(dòng)力療法[1]李亞楠,王怡喬,潘鐵成等.腫瘤光動(dòng)力療法——作用機(jī)制[J].中國(guó)激光醫(yī)學(xué)雜志,2014,(1).[2]李亞楠,王怡喬,潘鐵成等.腫瘤光動(dòng)力療法——理論基礎(chǔ)及治療策略[J].中國(guó)激光醫(yī)學(xué)雜志,2014,(2).[3]丁新民,徐勤枝,顧瑛等.光動(dòng)力學(xué)治療腫瘤的簡(jiǎn)史和現(xiàn)狀[J].中國(guó)腫瘤,2003,(3):151-155.[4]林鈮,包捷,王愛(ài)平.光動(dòng)力療法的抗腫瘤機(jī)制研究進(jìn)展[J].癌變·畸變·突變,2014,(5).[5]王瑞平.光動(dòng)力療法在腫瘤治療中的應(yīng)用[J].國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程雜志,1999,(6):355-359.[6]陳勇,李婉婉,周江蛟等.光動(dòng)力療法分子機(jī)制研究進(jìn)展[J].中南大學(xué)學(xué)報(bào)：醫(yī)學(xué)版,2014,(1).[