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

Clément Apelian, Fabrice Harms+2 more|arXiv (Cornell University)|Jan 6, 2016

Optical Coherence Tomography Applications参考文献 21被引用 4

一句话总结

本文提出动态全视野光学相干断层扫描（DFF-OCT），通过分析干涉信号的毫秒级时间动态特性，揭示新鲜离体组织中的亚细胞代谢对比。该方法利用内源性散射体的时间依赖行为，实现微米级横向分辨率，无需外源对比剂即可检测代谢活性，从而在多种器官的正常与病理组织中可视化细胞内结构。

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.

研究动机与目标

• 开发一种内源性成像方法，以揭示新鲜离体组织中的亚细胞代谢活性。
• 克服传统成像技术依赖外源对比剂或缺乏亚细胞分辨率的局限性。
• 利用全视野OCT中干涉信号的时间依赖性，检测毫秒级的动态代谢过程。
• 在正常与病理状态下，展示该方法在多种器官类型中的应用能力。

提出的方法

• 该方法使用全视野光学相干断层扫描（FF-OCT）捕获具有微米级横向分辨率的干涉信号。
• 对干涉信号进行时间分析，以检测背向散射光强的毫秒级动态变化。
• 将干涉图样的时间依赖性变化与亚细胞结构内内源性散射体的活动相关联。
• 该方法依赖生物组织的固有光学特性，避免了对外源标记或染色的依赖。
• 应用信号处理技术从干涉数据中提取动态特征，揭示代谢活动模式。
• 在多种正常与病理组织中验证了该方法的性能，包括不同类型的器官。

实验结果

研究问题

• RQ1 全视野OCT的干涉信号时间波动是否能在不使用外源对比剂的情况下揭示亚细胞代谢活性？
• RQ2 干涉信号的毫秒级动态特性与不同组织类型中的代谢活性之间有何关联？
• RQ3 该方法在多大程度上可实现微米级空间分辨率以分辨细胞内结构？
• RQ4 该技术能否检测正常与病理组织之间代谢动力学的差异？
• RQ5 该动态对比在哪些类型的生物组织中可观测到？

主要发现

• 该方法仅利用内源性散射体，成功揭示了新鲜离体组织中的亚细胞代谢对比。
• 对毫秒级干涉信号时间波动的分析，揭示了传统成像技术无法捕捉的动态代谢活动。
• 微米级横向分辨率使细胞内结构得以可视化，而这些结构在常规OCT或无标记技术中通常不可见。
• 该技术在多种器官中检测到截然不同的动态模式，涵盖正常与病理组织。
• 由于无需外源对比剂，实现了亚细胞水平的无标记、非侵入性代谢活动观测。
• 该方法在多种生物样本中表现出一致性能，表明其具有广泛的应用潜力。