En ny bildteknik utvecklad av teamen av professorerna Jinyang Liang och Fiorenzo Vetrone vid Institut national de la recherche scientifique (INRS) kan snabbt mäta temperatur i 2D utan kontakt. Resultaten av deras forskning publicerades i tidskriften Nature Communications . Denna exakta temperaturdetektering i realtid kan en dag förbättra fototermisk terapi och hjälpa till med tidig diagnos av hudcancer.

Denna teknik, känd som single-shot photoluminescence lifetime imaging thermometry (SPLIT), är baserad på luminescensen hos nanopartiklar dopade med sällsynta jordartsmetalljoner. "De betraktas som nanotermometrar eftersom deras självlysande egenskaper förändras med temperaturen i omgivningen. De är också biokompatibla", säger professor Vetrone, en pionjär inom detta studieområde.

Istället för att avbilda luminescensen punkt för punkt, vilket är tidskrävande, använder SPLIT en ny ultrahöghastighetskamera för att spåra hur snabbt luminescensen avtar av dessa nanopartiklar i varje rumslig punkt. "Vår kamera skiljer sig från en vanlig, där varje klick ger en bild:vår kamera fungerar genom att fånga alla bilder av en dynamisk händelse i en ögonblicksbild. Sedan rekonstruerar vi dem, en efter en", säger Xianglei Liu, Ph. D. student vid INRS och huvudförfattaren till denna artikel.

Temperaturen kan sedan kännas av genom att kontrollera hur snabbt det emitterade ljuset tonar ut. Eftersom det är i realtid kan SPLIT följa fenomenet när det händer. För första gången möjliggör den luminescenstermometrin genom att använda nanopartikelns livstid med ett rörligt prov. "Jämfört med befintliga termometritekniker är SPLIT snabbare och har högre upplösning. Detta möjliggör en mer exakt temperaturavkänning med både en avancerad och ekonomisk lösning", tillägger professor Liang, expert på ultrasnabb bildbehandling.

Hälsoapplikationer

Professorerna Liang och Vetrone tror att SPLIT-tekniken bland annat skulle kunna öka förmågan att upptäcka och behandla hudcancer. För närvarande är kapaciteten att upptäcka melanom, och mer specifikt mikromelanom, fortfarande begränsad. Befintliga diagnostiska metoder är begränsade av deras invasivitet, upplösning och noggrannhet, vilket leder till ett stort antal onödiga biopsier.

Optisk termometri skulle alltså kunna användas för att detektera cancerceller, vars snabba metabolism leder till en högre temperatur än normal vävnad, vilket gör dem mer synliga med SPLIT.

För att upptäcka melanom kan kliniker använda en värmekamera, men upplösningen är låg. "SPLIT markerar ett viktigt steg i den tekniska utvecklingen. Med hög upplösning skulle tekniken kunna användas för att exakt lokalisera den cancerösa mullvaden", säger professor Liang.

Utöver detektion kan denna teknik också användas för att övervaka ljusdosen under vissa typer av behandling. Till exempel angriper fototermisk terapi cancerceller genom värmen som genereras av exponering för nära-infrarött ljus. "Vi vill utrota cancern, men inte den omgivande vävnaden, så om temperaturen är för hög kan behandlingen sänkas eller avbrytas ett tag. Om den är för låg kan vi öka ljuset för att få rätt dos." säger Vetrone.

År 2020 uppskattade Canadian Cancer Society att 8 000 kanadensare hade diagnostiserats enbart med denna form av cancer.

Artikeln "Fast wide-field upconversion luminescence lifetime thermometry enabled by single-shot compressed ultrahigh-speed imaging" publicerades den 5 november 2021 i tidskriften Nature Communications . + Utforska vidare

Hudcancerbehandlingar kan användas för att behandla andra former av sjukdomen