诊断成像为医生和科学家提供了内部身体结构的关键视觉表示，极大地增强了临床分析和医疗干预。研究人员继续在各种成像技术如何更好地了解人类健康方面开辟新天地。

JitaoZhang是韦恩州立大学生物医学工程(BME)助理教授和Karmanos癌症研究所分子成像项目的科学成员，他是一位屡获殊荣的研究人员，拥有一项名为布里渊显微镜的新型成像技术的三项专利，该技术可以映射细胞和组织僵硬通常与癌症和阿尔茨海默氏症等疾病的早期征兆有关。

与共焦荧光显微镜等传统成像方法不同，布里渊显微镜能够以非接触、无标记的方式获取生物样品的力学信息(如刚度和粘度)。

他的实验室改进这种方法的工作可以回答生物物理学和机械生物学中的许多重要问题，在被科学界同行评为2022年十大科学故事之一之后，卫报对其进行了专题报道。

张和他来自马里兰大学的合作者——张在2021年加入韦恩州立大学之前在生物工程系工作了六年——以及美国国立卫生研究院(NIH)最近在《自然方法》上发表了一篇研究文章，研究双线的使用-扫描布里渊显微镜(dLSBM)以提高采集速度并减少照射剂量，这是该技术在生物医学中广泛使用的两个主要限制因素。

“现有的共聚焦布里渊显微镜相当慢;需要几分钟才能获得单个细胞的机械图像，”张说。“如果我们要对较大的样本进行成像，例如肿瘤细胞簇或早期胚胎，我们需要等待一个小时或更长时间才能获得一张图像。”

使用dLSBM，Zhang的团队报告称其速度比同行快50到100倍，同时将2D和3D机械映射的光照射水平降低了80倍。

“通过这项创新，我们可以在几分钟内获得一张细胞团的机械图像，”他说。“这种提高的采集速度很重要，因为它使我们能够几乎实时地研究细胞行为的细节。”

布里渊显微镜是一种光学成像模式，其根源在于所谓的布里渊光散射(BLS)，由法国物理学家莱昂·布里渊(LéonBrillouin)于1922年首次报道。当光与物质相互作用并且材料中分子的热波动或振动导致光散射时，就会发生BLS。振动会受到某些因素的影响，包括热量、压缩、含水量或材料刚度。这些特征中的后者对于布里渊显微镜作为诊断工具的应用最有价值。

癌症转移等疾病进展通常与细胞硬度的变化有关，但这很难测量，因为细胞很小并且生活在非常柔软的组织中。传统技术测量培养皿或其他硬质基质上制备的细胞。布里渊显微镜仅使用激光束来探测机械特性，允许在细胞处于生理状态时进行测量。

由于不需要身体接触，布里渊技术的侵入性要小得多，也更方便。这些特征很重要的另一个应用是更好地了解胚胎组织发育，特别是因为它与出生疾病和疾病有关。

“由于胚胎的3D结构，传统的基于接触的技术在体内测量方面遇到了巨大挑战，”张说。“由于布里渊显微镜以非接触方式工作，它有时成为唯一可用的选择。”

张与Karmanos和其他机构的生物学家和医生合作，通过技术创新解决生物医学问题。然而，张指出，“布里渊技术仍处于早期阶段，成像深度有限。我们的实验室将继续努力，使其更容易用于更广泛的生物医学领域。”

工程师和医学界成员之间的互动在医疗保健旅程的诊断阶段尤为重要。Zhang和韦恩州立大学BME的其他研究人员正在将生物医学研究和医疗保健推向前所未有的发展水平。