意大利威尼斯卡福斯卡里大學(xué)與西班牙馬德里自治大學(xué)科學(xué)家攜手，創(chuàng)新性地將不可見(jiàn)光與人工智能（AI）技術(shù)結(jié)合，首次繪制出生物組織內(nèi)部的三維溫度圖譜。這項(xiàng)發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志的研究成果，或?qū)氐赘淖內(nèi)梭w內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)方式，為疾病早期診斷和治療監(jiān)測(cè)提供全新手段。
研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，將傳統(tǒng)認(rèn)為有害的光學(xué)失真現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為寶貴的信息來(lái)源，不僅能檢測(cè)到生物組織溫度，還能穿透組織表面獲取深層數(shù)據(jù)。
這項(xiàng)技術(shù)的核心在于使用硫化銀制成的納米溫度計(jì)。這些微小顆粒在近紅外光激發(fā)下會(huì)發(fā)出特殊輝光，其顏色和亮度會(huì)隨溫度變化及穿透組織的深度而改變。為精準(zhǔn)解析這些微妙的光信號(hào)變化，團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了一個(gè)雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)百組高光譜圖像，該系統(tǒng)最終精準(zhǔn)重建了組織內(nèi)部的三維溫度分布圖。
在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)檢測(cè)到人造組織與真實(shí)生物樣本內(nèi)的溫度梯度。團(tuán)隊(duì)首次僅憑光線就實(shí)現(xiàn)了活體動(dòng)物血管的高分辨率三維熱成像。而且，與傳統(tǒng)功能性磁共振成像或正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像掃描技術(shù)相比，新技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，包括設(shè)備便攜、操作安全、成本低廉等。
目前，團(tuán)隊(duì)正致力于研發(fā)新一代傳感器和成像系統(tǒng)，目標(biāo)是以更高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)溫度、pH值和氧氣水平等參數(shù)。該項(xiàng)目還將探索哺乳動(dòng)物細(xì)胞與極端微生物的奧秘，其成果不僅可推動(dòng)醫(yī)學(xué)診斷和生物技術(shù)發(fā)展，還可能為尋找地外生命提供新思路。
意大利威尼斯卡福斯卡里大學(xué)與西班牙馬德里自治大學(xué)科學(xué)家攜手，創(chuàng)新性地將不可見(jiàn)光與人工智能（AI）技術(shù)結(jié)合，首次繪制出生物組織內(nèi)部的三維溫度圖譜。這項(xiàng)發(fā)表于新一期《自然·通訊》雜志的研究成果，或?qū)氐赘淖內(nèi)梭w內(nèi)部溫度監(jiān)測(cè)方式，為疾病早期診斷和治療監(jiān)測(cè)提供全新手段。
研究團(tuán)隊(duì)獨(dú)辟蹊徑，將傳統(tǒng)認(rèn)為有害的光學(xué)失真現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為寶貴的信息來(lái)源，不僅能檢測(cè)到生物組織溫度，還能穿透組織表面獲取深層數(shù)據(jù)。
這項(xiàng)技術(shù)的核心在于使用硫化銀制成的納米溫度計(jì)。這些微小顆粒在近紅外光激發(fā)下會(huì)發(fā)出特殊輝光，其顏色和亮度會(huì)隨溫度變化及穿透組織的深度而改變。為精準(zhǔn)解析這些微妙的光信號(hào)變化，團(tuán)隊(duì)訓(xùn)練了一個(gè)雙層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)百組高光譜圖像，該系統(tǒng)最終精準(zhǔn)重建了組織內(nèi)部的三維溫度分布圖。
在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)檢測(cè)到人造組織與真實(shí)生物樣本內(nèi)的溫度梯度。團(tuán)隊(duì)首次僅憑光線就實(shí)現(xiàn)了活體動(dòng)物血管的高分辨率三維熱成像。而且，與傳統(tǒng)功能性磁共振成像或正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像掃描技術(shù)相比，新技術(shù)具有顯著優(yōu)勢(shì)，包括設(shè)備便攜、操作安全、成本低廉等。
目前，團(tuán)隊(duì)正致力于研發(fā)新一代傳感器和成像系統(tǒng)，目標(biāo)是以更高精度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)細(xì)胞內(nèi)溫度、pH值和氧氣水平等參數(shù)。該項(xiàng)目還將探索哺乳動(dòng)物細(xì)胞與極端微生物的奧秘，其成果不僅可推動(dòng)醫(yī)學(xué)診斷和生物技術(shù)發(fā)展，還可能為尋找地外生命提供新思路。
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