近红外成像窗口的探索
时间:2025-04-03
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荧光成像已广泛应用于生物医学成像和临床术中导航。当荧光在生物介质中传播时,吸收衰减和散射干扰将分别导致荧光能量损失和信噪比降低。一般来说,吸收损失的程度决定了我们是否能“看到”,散射光子的数量决定了我们能否“看得清楚”。此外,一些生物分子的自发荧光和信号光被成像系统收集,最终成为图像的背景。因此,对于生物荧光成像,科学家们正试图找到一个具有低光子吸收和足够光散射的完美成像窗口。
自2009年以来,美国斯坦福大学戴洪杰院士发现,1000-1700nm的光学生物组织窗口(NIR-II,NIR-II)与传统的700-900nm(NIR-I)进行了比较。
生物组织的光散射较低,活体的成像效果较好。
理论上,由于生物介质中散射光子的光路比弹道光子长,组织光吸收会优先消耗多个散射光子,从而抑制散射背景。
近日,浙江大学钱军教授的研究小组及其合作者发现,与近红外区1相比,生物组织在近红外区窗口的吸收明显增加,生物成像效果与水的光吸收密切相关。在减少散射效应的基础上,研究小组认为,提高吸水率也是提高近红外体内荧光成像效果的关键。
基于水对近红外光子的吸收特性,研究小组进一步将近红外第二区域的定义细化到900-1880nm。其中,研究小组发现,1400-1500nm的高吸水率,当荧光探针足够亮时,成像效果最好,甚至超过了公认的近红外二次b成像(1500-1700nm,NIR-IIb)。因此,被忽略的1400-1500nm波段被定义为近红外双x(NIR-IIx)窗口。研究团队专注于近红外双x窗口,实现了小鼠脑血管的深部成像和多功能深部器官成像。此外,通过模拟计算,研究小组将2080-2340nm定义为近红外波段的另一个成像窗口——NIR-III(NIR-III)。
基于水对近红外光子的吸收特性,研究小组进一步将近红外第二区域的定义细化到900-1880nm。其中,研究小组发现,1400-1500nm的高吸水率,当荧光探针足够亮时,成像效果最好,甚至超过了公认的近红外二次b成像(1500-1700nm,NIR-IIb)。因此,被忽略的1400-1500nm波段被定义为近红外双x(NIR-IIx)窗口。研究团队专注于近红外双x窗口,实现了小鼠脑血管的深部成像和多功能深部器官成像。此外,通过模拟计算,研究小组将2080-2340nm定义为近红外波段的另一个成像窗口——NIR-III(NIR-III)。