光热治疗新范式科研人员开发超声辅助光热治疗技术

大连理工大学电气工程与计算机科学系张金河教授的研究团队开发出“超声辅助光热治疗(ULTRA-PTT)”技术，大大提高了传统光热治疗的效果。该研究成果发表在《先进光学材料》杂志上。

该技术是与GIST高级光子学研究所高级研究员Hye-minKim合作开发的，采用了该团队专有的“超声波诱导光学清除”技术。

光疗法利用光，广泛应用于临床皮肤紧致、激光纹身去除和激光癌症治疗，因为它可以选择性地改善或破坏目标病变。然而，当光穿过生物组织时，会发生光散射，导致光路扭曲并限制光穿透的深度。在此背景下，光疗法的深度有限的根本问题出现了。

光的穿透深度与激光波长成正比，因此临床上多使用近红外激光(800-1000nm)来增加光的穿透深度，但医学研究发现，近红外激光在富含水分的物质中吸收率较高。

人体约60%由水组成，表皮会大量吸收能量，导致烧伤等副作用。此外，无法利用针对每种特定疾病治疗优化的波长，导致治疗频率和成本增加。

针对这些问题，许多研究人员正在进行各种研究，但大多数都集中在开发有效吸收针对病变的近红外激光波长的“光热剂”。相反，对于减少光散射的方法本身的研究进展仍然有限。

在此背景下，张教授团队自2017年起持续进行研究，以减少光散射本身。他们利用超声波在生物组织内产生气泡，有效克服光穿透深度的限制。

因此，他们开发了“超声波诱导光学清除”技术，该技术使用临时产生的气泡层将光学散射降至最低。他们将这项技术应用于共聚焦荧光显微镜，证实它可以比传统方法成像深度高出六倍以上。他们的研究成果于2022年发表在《自然光子学》杂志上。

随后，该团队将“超声诱导光清除”技术应用于光热治疗，研发出“超声辅助光热治疗(ULTRA-PTT)”，并在此基础上打造出一款名为“手持器”的医疗器械。

“ULTRA-PTT手柄”设计易于操作，由四个部分组成：方便用户握持的主体、在生物组织内产生和维持气泡的超声波发生单元、通过主体上环形中心孔传送光线的激光照射单元，以及包含用于将超声波传输到生物组织的介质的外壳单元。

为了验证该技术的治疗效果，研究小组通过在患有黑色素瘤(一种皮肤癌)的小鼠身上使用“ULTRA-PTT手柄”约八天来评估其潜在的临床应用。

常规光热治疗在治疗开始两天内肿瘤会缩小，但随后肿瘤经常会再次生长，导致治疗效果降低，而“ULTRA-PTT手柄”治疗则持续缩小肿瘤，八天后肿瘤完全消失。

此外，研究团队通过组织学分析证实，超声波能量产生的气泡不会对生物组织造成损伤，并且证明组织恢复到治疗前的状态，证明了该方法对人体应用的安全性。

大连理工大学张教授表示：“这项研究使我们能够将团队开发的‘超声诱导光学清除’技术应用并扩展到光治疗设备。特别是‘ULTRA-PTT手柄’在动物实验中表现出优异的治疗效果，并通过组织学分析证明了其安全性和有效性，展示了国产专有技术的商业化潜力。”

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