«Особенность наших изображений в том, что мы показали, что они содержат так много информации», — сказал Марлоэс Грут из Университета Амстердама, Нидерланды. "Когда я показал эти изображения патологоанатомам, с которыми мы работаем, они были поражены."Гроот и ее коллеги описывают свою работу в журнале Biomedical Optics Express от The Optical Society.
Патологоанатомы обычно используют методы окрашивания, при которых химические вещества, такие как гематоксилин и эозин, превращают различные компоненты ткани в синий и красный, показывая их структуру и наличие опухолевых клеток. Но для окончательного диагноза этот процесс может занять до 24 часов, а это означает, что хирурги могут не осознавать, что некоторые раковые ткани ускользнули от их внимания до окончания операции, что требует второй операции и большего риска.
Но с новой техникой исследователи вообще не используют никакой маркировки или окрашивания.
Вместо этого они посылают короткие лазерные импульсы длиной 200 фемтосекунд в ткань, и когда три фотона сходятся одновременно и в одном месте, фотоны взаимодействуют с нелинейно-оптическими свойствами ткани. Благодаря хорошо известному в оптике явлению, называемому генерацией второй и третьей гармоник, эти взаимодействия производят один фотон.
Ключ в том, что входящие и исходящие фотоны имеют разные длины волн. Входящие фотоны имеют длину 1200 нанометров, что достаточно для того, чтобы проникнуть глубоко в ткань.
Однако производимый одиночный фотон имеет длину 600 или 400 нанометров, в зависимости от того, генерируется он второй или третьей гармоникой. Более короткие длины волн означают, что фотон может рассеиваться в ткани. Таким образом, рассеянный фотон содержит информацию о ткани, и когда он достигает детектора, в данном случае высокочувствительного фотоумножителя GaAsP, он показывает, как ткань выглядит внутри.
В то время как другие исследователи использовали этот метод для других приложений — например, для получения изображений эмбрионов насекомых и рыб — это первый раз, когда кто-либо использовал его для анализа глиальных опухолей головного мозга.
Эти опухоли особенно опасны, потому что трудно избавиться от опухолевых клеток хирургическим путем, облучением и химиотерапией без значительного побочного повреждения окружающей ткани мозга.
Исследователи протестировали свой метод на образцах глиальных опухолей головного мозга людей, обнаружив, что гистологические детали на этих изображениях были такими же хорошими, если не лучше, чем изображения, сделанные с помощью обычных методов окрашивания.
Они смогли сделать большинство изображений менее чем за минуту. Для получения меньших изображений потребовалось менее секунды, а для получения больших изображений размером в несколько квадратных миллиметров — пять минут. «Это позволяет делать это в режиме реального времени в операционной», — сказал Грут.
Теперь, когда они показали, что их подход работает, исследователи разрабатывают портативное устройство, которое хирург может использовать для определения границы опухоли во время операции.
Входящие лазерные импульсы могут проникать в ткань только на глубину около 100 микрометров. Чтобы дотянуться дальше, Грут предполагает прикрепить иглу, которая может проткнуть ткань и доставить фотоны глубже.
«С нашей техникой потенциально можно диагностировать не только во время операции, но, возможно, и до операции», — сказала она.