Applications of Time-Reverse Tissue Turbidity Suppression to Improve Biophotonics

应用时间反演组织浊度抑制来改善生物光子学

基本信息

  • 批准号:
    7981978
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 243万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2010-09-30 至 2015-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

DESCRIPTION (Provided by the applicant) Abstract: Biological tissues scatter light very strongly. This prevents efficient light transmission through tissues and severely limits the abilities of optical-based biomedical sensing and imaging technologies to extract useful information from deep tissue regions. We propose to apply unique aspects of a newly discovered bio-optical phenomenon, termed tissue turbidity suppression by optical phase conjugation (TSOPC), to induce a limited form of tissue transparency by suppressing optical scattering, and to develop new and improved classes of optical microscopy, biosensing and optical therapeutic techniques. Tissue scattering may appear random but they are fundamentally deterministic and time- reversible. Specifically, if we can record and reproduce a time-reversed copy of the diffuse light transmission through a tissue, we can actually force the light field to retrace its paths through the tissue and recover the original input light field. We recently uncovered this phenomenon and found that it is surprisingly robust and useful in suppressing scattering light in living tissues. This new way of tackling tissue scattering is highly unusual as it represents a big departure from the ways current optical techniques address tissue scatterings. This application proposes to apply the unique properties of this phenomenon to increase light transmission through tissues, generate tightly focused light spots deep within tissues - capabilities that are unattainable by existing technologies. These capabilities can significantly expand the application range of optical regime sensing and imaging techniques. We propose to adapt these capabilities to create highly sensitive non-invasive biochemical sensors that may eventually allow blood-and-tissue analysis without blood draw, improve high-resolution 3D microscopes, develop a unique deep tissue biochemical imaging system, and implement a flexible means to deliver light deeply and precisely into tissues for photodynamic therapy applications. Public Health Relevance: The proposed work aims to further the research on a newly uncovered bio-optical phenomenon that can induce a limited form of tissue transparency by suppressing optical scattering. We plan to adapt unique features of this phenomenon 1) to build blood-draw-free highly sensitive blood-and-tissue analysis (such as glucose measurement) systems, 2) improve microscopy, 3) to implement a deep tissue biochemical imaging system, and 4) to efficiently deliver light deep into tissues for minimally invasive cancer tumor removal via photodynamic therapy.
描述(申请人提供) 摘要:生物组织非常强烈地散布光。这可以防止有效地通过组织传播光线,并严重限制了基于光学的生物医学传感和成像技术从深层组织区域提取有用信息的能力。我们建议将新发现的生物光学现象的独特方面应用于光学相结合(TSOPC)被称为组织浊度(TSOPC),以抑制光学散射,并开发出新的和改进的光学显微镜,生物体,生物体和光学治疗技术来诱导有限形式的组织透明度。组织散射可能是随机的,但从根本上是确定性的,并且具有时间可逆。具体而言,如果我们可以记录并重现通过组织的漫射光传输的时期副本,则实际上可以迫使光场通过组织中追溯其路径并恢复原始的输入光场。我们最近发现了这一现象,发现它在抑制活组织中的散射光方面非常强大且有用。这种应对组织散射的新方法非常不寻常,因为它与当前光学技术解决组织散射的方式有很大的不同。该应用程序建议应用这种现象的独特特性来增加通过组织的光传递,从而产生组织内深处的光点 - 现有技术无法实现的能力。这些功能可以显着扩大光学感测和成像技术的应用范围。我们建议适应这些能力,以创建高度敏感的非侵入性生化传感器,这些传感器最终可能允许血液和组织分析而无需抽血,改善高分辨率的3D显微镜,发展出独特的深层组织生化成像系统,并实现一种灵活的手段,以深层和精确地将其用于热力学治疗的组织,以进行光线治疗。 公共卫生相关性:拟议的工作旨在进一步研究新发现的生物光学现象,该现象可以通过抑制光学散射来诱导有限形式的组织透明度。我们计划适应这种现象的独特特征1)构建无鲜血的高度敏感的血液和组织分析(例如葡萄糖测量)系统,2)改进显微镜,3),3)实施一个深层组织生物化学成像系统,以及4),以有效地将光线深入到组织中,以通过微创癌症去除,以通过微创癌症去除thmotal thmoty themor thmody themorty themorty themorty themor themor thmoty Photodynemic photodynemic theraption。

项目成果

期刊论文数量(22)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(27)
Focusing through dynamic tissue with millisecond digital optical phase conjugation.
  • DOI:
    10.1364/optica.2.000728
  • 发表时间:
    2015-08-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    10.4
  • 作者:
    Wang D;Zhou EH;Brake J;Ruan H;Jang M;Yang C
  • 通讯作者:
    Yang C
Optical focusing inside scattering media with time-reversed ultrasound microbubble encoded light.
  • DOI:
    10.1038/ncomms9968
  • 发表时间:
    2015-11-24
  • 期刊:
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Ruan H;Jang M;Yang C
  • 通讯作者:
    Yang C
Optical Phase Conjugation with Less Than a Photon per Degree of Freedom.
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.118.093902
  • 发表时间:
    2017-03-03
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Jang M;Yang C;Vellekoop IM
  • 通讯作者:
    Vellekoop IM
Speckle-scale focusing in the diffusive regime with time-reversal of variance-encoded light (TROVE).
  • DOI:
    10.1038/nphoton.2013.31
  • 发表时间:
    2013-04-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    35
  • 作者:
  • 通讯作者:
Axial standing-wave illumination frequency-domain imaging (SWIF).
轴向驻波照明频域成像 (SWIF)。
  • DOI:
    10.1364/oe.22.011001
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.8
  • 作者:
    Judkewitz,Benjamin;Yang,Changhuei
  • 通讯作者:
    Yang,Changhuei
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