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奈米生醫光電

實現與病理診斷同準確度之非侵入式皮膚光學造影-- 倍頻顯微術與其臨床功效驗證

 

倍頻顯微術 (Hramonic Generation Micriscopy) 是在台大光電所孫啟光教授實驗室所發產出來的專利技術,採用1260奈米鉻-貴橄欖石(Cr: forsterite )飛秒雷射光源,由於此波段為人體皮膚吸收最少、散射最低的範圍(俗稱人類皮膚的光學窗口),產生對人體組織而言最安全,穿透度高,又具高解析力的理想光源,可達到對人體皮膚之最低光毒性與最高造影深度;同時,配合本實驗室與台灣大學合作開發的專利技術:倍頻顯微術(Harmonic Generation Microscopy, US patent, US6922279 B2, 2005),我們成功達到光毒性最低、造影深度最深、解析度最高且不需要染色或基因轉殖標籤之非侵入式活體顯微技術,目的在於減少非必要的臨床病理切片檢查、降低對於病人的侵入式診斷、減少病人的痛苦,以本技術直接取得光學虛擬切片(Optical Virtual Biopsy),最終提升皮膚病裡診斷之效能與皮膚病患者的福祉。

Hasta Bakıcı

 

事實上,此技術已與臺大醫院(皮膚科廖怡華醫師、小兒部李志鴻醫師等)合作進行臨床試驗達十年之久,其中不斷比對皮膚真實病理切片並協同執業醫師的臨床診斷,已經證明了本技術之病理診斷準確度。同時,本技術也是全世界唯一具病理診斷準確度之臨床光學顯微技術。現在則更進一步研究版圖拓展至傳統病理切片無法系統性研究的皮膚病變,如肝斑、曬斑等,在治療過程中將斑點自病灶消除,少有將臉部病灶組織取下進行病理切片分析,缺乏病理的資訊,僅有少數取自手部或其他部位的病理報告可取得,但是手部與臉部斑點的病理成因不一定相同,因此臉部斑點病變的病理成因的研究,需要非侵入式的光學系統來提供可靠的顯微影像資訊。

 

其他研發動能則朝向增加光學造影技術之分子解析度、結合三維視覺系統、結合機器深度學習、結合音波以增進穿透度、實現活體內光學超解析能力(super-resolution)、圖像化腦部神經網絡等方向進行,奈米生醫光電實驗室正在執行的研究計畫有四項:

 

(1) 頻譜解析三倍頻顯微術(科技部光電學門計畫):
藉由頻譜解析三倍頻信號,辨認不同分子的非線性”顏色”,以量化人體中分子的分布,並更加了解三倍頻的非線性光學性質。

 

(2) 三維追蹤系統合併倍頻式光學顯微鏡術應用於臉部多發性日光角化症的診斷 (台大醫院研究計畫):
多發性日光角化症、曬斑、肝斑、光班等皮膚科臨床病理的診斷技術。

 

(3) 以光學方式觀察神經痛小鼠及病人的傷害性神經變化 (科技部神經科學專案計畫):
慢性疼痛疾病的周邊神經結構變化,例如隧道腕症候群引起的壓迫性周邊神經傷害、糖尿病患者與癌症化療產生的周邊神經病變疼痛。

 

(4) 建構先進非線性光學顯微術以從事小鼠全腦腦連結體影像 (台大最具競爭力團隊計畫):
建構大規模神經網路聯結體系統所需的光學系統,高解析,大範圍,高速取像系統,以基因轉殖小鼠提供的背景神經網路細節建立系統,進而應用在阿茲海默症造成的神經網路改變。

 

圖一  活體倍頻影像顯微術,應用於活體人體皮膚之觀察

圖二A: 實驗室自行開發之倍頻顯微術懸臂系統 B: 臨床實驗示意圖 C: 顯微鏡之結構設計圖

 

圖三:實驗室開發的”Harmoscope”。