Opt. Lett. | 无需染色的彩色成像技术实现快速的组织观察与分析

组织和细胞的病理学分析为医生提供了重要的诊疗信息，但这分析一过程涉及对切除的组织样本进行染色，通常需要花费数天的时间。阿尔伯塔大学的研究人员实现了一种高分辨率的虚拟显微镜成像，其基于紫外线光声分析，且其提供的视觉信息与标准苏木精和伊红（H&E）染色获得的信息相当。该技术可以为组织病理学的相关研究提供一种更快速的方式，并有可能在手术过程中进行分析。该工作目前已发表于Optics Letters。

虚拟染色：快速分析

阿尔伯塔大学的Roger Zemp表示，该成像技术可以在手术中分析刚切除的肿瘤组织，为医生提供直接病理信息。这有可能减少重复手术的次数，改善病人的治疗效果并减少医疗费用。这项研究以不同光波长的光声（PA）光谱学研究为基础。传统的PA方法使用红外脉冲，从某些分子，特别是血红蛋白中产生瞬时超声波信号，并反馈在图像中。使用紫外线而不是红外线是拓宽PA应用的一种方式。

2017年5月， 研究人员Lihong Wang利用紫外波长优先与细胞核相互作用这一特性，用紫外线PA更准确地识别了肿瘤细胞的边缘。在2019年，Wang又使用紫外线和红外线脉冲串来增强PA信号强度，解决了该技术的一个公认的难点，并将成像分辨率提高一个数量级，实现了对300微米厚的小鼠大脑切片成像。

阿尔伯塔大学的研究人员利用了紫外线波长与细胞核相互作用的特性，并但围绕其开发了一种无需染色，就能对样本实现彩色成像的技术。具体来说，这意味着要找到一种同时观察细胞核和细胞质的方法。研究人员是采用脉冲紫外光和非脉冲近红外光解决这一问题的。

其中，近红外反射率揭示了关于细胞质背景的信息，当脉冲紫外光被耦合到系统中时，它被细胞核的吸收会导致近红外反射率的急剧变化，因此就能够在细胞质背景中提取出有关细胞核的信息。

另外，紫外线的反射率可用于生成细胞质的细节，其分辨率比只用近红外光束所能达到的要高得多。为了使用纳秒脉冲紫外光来测量样品上单点的反射率，并将其集成到图像采集系统中，研究人员开发了一个定制的峰值检测器电路，实现反射率峰值的测量。

最后，研究人员开发了一个颜色映射算法将现实的颜色映射到数据中，使外科医生能够直观地看到彩色图像。根据病理学家的判断，该实验中实现的人类乳腺肿块组织的未染色虚拟图像与真正的染色切片非常相似。

该方法有望在对时间敏感的病例分析中得到应用，如活检分析和癌症手术。阿尔伯塔大学的研究人员将在2022年SPIE Photonics West会议上进一步讨论这项工作，以及紫外线散射和光声遥感（sPARS）显微镜的使用。