[논문 리뷰] Dynamic full field optical coherence tomography: subcellular metabolic contrast revealed in tissues by temporal analysis of interferometric signals

Clément Apelian, Fabrice Harms외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 01. 06.

Optical Coherence Tomography Applications참고 문헌 21인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 간섭계 신호의 밀리초 수준의 시간적 동역학을 분석하여 신선한 고정된 비생체 조직에서 미세세포 대사 대비를 드러내는 동적 전체장면 광간섭도영상법(DFF-OCT)을 소개한다. 내재된 산산화 요소의 시간에 따른 행동을 활용함으로써, 이 방법은 마이크로미터 수준의 횡방향 해상도를 확보하고 외부 대조제가 필요 없이 대사 활동을 감지하여 정상 및 병변 조직의 다양한 기관에서 세포 내 구조를 시각화할 수 있다.

ABSTRACT

We developed a new endogenous approach to reveal subcellular metabolic contrast in fresh ex vivo tissues taking advantage of the time dependence of the full field optical coherence tomography interferometric signals. This method reveals signals linked with local activity of the endogenous scattering elements which can reveal cells where other imaging techniques fail or need exogenous contrast agents. We benefit from the micrometric transverse resolution of full field OCT to image intracellular features. We used this time dependence to identify different dynamics at the millisecond scale on a wide range of organs in normal or pathological conditions.

연구 동기 및 목표

• 신선한 고정된 비생체 조직에서 미세세포 대사 활동을 드러내는 내재된 영상 기법을 개발하기 위해.
• 외부 대조제가 필요하거나 미세세포 해상도가 부족한 전통적 영상 기법의 한계를 극복하기 위해.
• 전체장면 OCT에서 간섭계 신호의 시간 의존성을 활용하여 밀리초 수준에서의 동적인 대사 과정을 감지하기 위해.
• 이 방법이 정상 및 병변 상태에서 다양한 기관 유형에서의 능력을 입증하기 위해.

제안 방법

• 이 방법은 전체장면 광간섭도영상법(FF-OCT)을 사용하여 미세세포 해상도로 간섭계 신호를 캡처한다.
• 반사된 빛 강도의 밀리초 수준의 동적 변화를 탐지하기 위해 간섭계 신호의 시간적 분석을 수행한다.
• 간섭 무늬의 시간에 따른 변동은 세포 내 구조물 내부의 내재된 산산화 요소의 활동과 연결된다.
• 외부 표지 또는 염색이 필요 없이 생물 조직의 고유한 광학적 성질에 의존한다.
• 신호 처리 기법을 적용하여 간섭계 데이터에서 동적 특징을 추출하고, 대사 활동 패턴을 드러낸다.
• 이 방법은 정상 및 병변 조직을 포함한 다양한 종류의 조직에서 검증되었다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 전체장면 OCT에서 유도된 간섭계 신호의 시간적 변동은 외부 대조제가 없이도 미세세포 대사 활동을 드러낼 수 있는가?
• RQ2 간섭계 신호의 밀리초 수준의 동적 변화는 다양한 조직 유형에서 대사 활동과 어떻게 관련이 있는가?
• RQ3 이 방법은 어느 정도의 미세세포 해상도로 세포 내 구조를 해상할 수 있는가?
• RQ4 이 기술은 정상 조직과 병변 조직 간의 대사 동적 변화의 차이를 감지할 수 있는가?
• RQ5 이 동적 대비가 관찰 가능한 생물 조직의 범위는 무엇인가?

주요 결과

• 이 방법은 외부 대조제 없이 내재된 산산화 요소만을 사용하여 신선한 고정된 비생체 조직에서 미세세포 대사 대비를 성공적으로 드러냈다.
• 밀리초 수준의 간섭계 신호 시간적 분석은 기존 영상 기법으로는 감지할 수 없는 동적 대사 활동을 드러냈다.
• 마이크로미터 수준의 횡방향 해상도로 기존의 OCT나 레이블 프리 기법으로는 감지할 수 없었던 세포 내 구조를 시각화할 수 있었다.
• 이 기술은 정상 및 병변 조직을 포함한 다양한 기관에서 뚜렷한 동적 패턴을 감지했다.
• 외부 대조제가 없어 미세세포 수준에서 레이블 프리이고 비침습적인 대사 활동 관찰이 가능했다.
• 다양한 생물 샘플에서 일관된 성능을 보여 이 방법의 광범위한 적용 가능성을 입증했다.