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[IEEE 2019年第41届国际医学与生物工程学会年会(EMBC) - 德国柏林 (2019.7.23-2019.7.27)] 2019年第41届IEEE医学与生物工程学会国际年会(EMBC) - 用于深层组织光传输的超声可操控渐变折射率光波导：理论与应用

DOI：10.1109/embc.2019.8857820 出版年份：2019 更新时间：2025-09-12 10:27:22
摘要： 梯度折射率（GRIN）光纤已被用作可植入式光波导，用于引导光线并将图像传输至组织深层。我们近期研究表明，非侵入式超声能在组织内产生折射率梯度，形成用于组织深部成像与光刺激的虚拟GRIN透镜。本文通过分析模拟光与超声调制介质相互作用的声-光耦合系统，阐述该理论原理。我们将探讨如何通过调节超声参数来改变光在调制介质中的约束与传导特性。研究还证明：采用定制圆柱形超声阵列时，可通过控制压力干涉在介质中雕刻出适合多位点成像的复杂光场图案（如偶极与四极构型）。最后我们将展示实验证据——这些证据验证了理论预测，即生成可用于表达绿色荧光蛋白（GFP）的小鼠脑组织荧光成像的单/多位点原位虚拟透镜。
作者： Matteo Giuseppe Scopelliti，Yasin Karimi，Maysamreza Chamanzar
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究利用无创超声在组织内产生折射率梯度，以实现深层组织成像和光刺激。

研究成果

研究表明，非侵入式超声可用于在组织内产生折射率梯度，从而形成用于深层组织成像和光刺激的虚拟梯度折射率透镜。该技术能够创建任意复杂的光平面图案，为控制整个组织体积内的光路提供了强大工具。实验结果验证了理论预测，显示出在生物组织中光的穿透深度增强和空间分辨率提高。

研究不足

该研究的局限性在于，如果超声波产生热量和空化效应，尤其是当暴露于MPa量级的超声压力下时，可能会对生物组织造成潜在危害。必须谨慎控制诊断超声的暴露时间和参数，以防止组织损伤。

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