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新激光掃描 助速辨癌細胞

2017-04-25
■謝堅文(右二)與團隊合影。 柴婧  攝■謝堅文(右二)與團隊合影。 柴婧 攝

港大研發技術FACED 成像快百倍光耗減半

香港文匯報訊(記者 柴婧)激光掃描頻繁應用於保安指紋識別、3D打印、顯微鏡、醫學診斷等日常生活諸多方面,然而有關技術卻需要以機械推動反光鏡,致使掃描速度受限。香港大學電機電子工程系副教授謝堅文團隊研發新型激光掃描技術FACED,參考「無窮鏡」的多重光反射原理,讓兩片平面鏡接近完全平行,從而突破物理慣性限制,使成像速度比現有技術快逾100倍,解像度亦提升2倍至3倍,光損耗度則減少一半,並實現彩色、熒光影像。團隊並將FACED配合微流體技術,研發高解析度單細胞成像分析儀,有望能於億萬個血液細胞中,快速地分辨出極少數癌細胞,預計3年至5年後可應用於早期癌症診斷。

謝堅文團隊過去一直研究利用光纖技術發展高速激光影像掃描,而為開拓激光掃描於包括細胞層面的顯微領域應用,團隊兩年多年前獲百萬元經費開始研究利用「平行鏡」的構思並成功創出FACED技術,有關成果早前發表於《光:科學與應用》期刊。

謝堅文提到,現有的激光影像技術需要依賴機械調節反光鏡而嚴重影響速度,「而當影得愈快、解像度亦會愈差,二者不可兩全;機械亦會不穩定,影響掃描質素。」

如果採用FACED技術,每秒可掃描100萬至1,000萬行,較現有技術最高僅為每秒近10萬行,速度提升超過100倍。

仿「無窮鏡」反射原理

「FACED概念基本來自一對平行的平面鏡(又名無窮鏡)的多重光反射原理,」謝堅文解釋說:「我們技術的關鍵是兩塊鏡面不是『完全平行』而是『幾乎平行』,調出一個很微小很微小的角度(例如0.01度),再利用高速脈衝激光投射影像。」

他解釋,因為平面鏡小角度偏差,可把脈衝激光分成許多小的激光「虛擬影像」點,它們會作出不同的反射路徑和長度,產生超高速激光掃描效果,形成毋須機械推動的「全靜態」掃描激光。

而光損耗亦為以光纖作激光影像掃描的另一問題,謝堅文指,FACED技術可將光損耗減至低於50%,較過去的99.9999%少一半,而整體解像度亦可提升2倍至3倍,同時可掃描出彩色或熒光影像。

料最快3年可推出市面

他提到,FACED料可應用於醫療研究及醫學用顯微鏡等醫療範疇,如果結合微流體技術時,更可短時間內分析數以千萬計細胞,「現時激光掃描顯微鏡,掃描1千萬細胞需要240天,而FACED顯微鏡只需33分鐘便可完成。」掃描速率的提升,亦有助偵測早期癌症,例如在數十億個血液細胞中只有1個至10個癌細胞時,透過驗血分析亦可以準確診斷。

有關技術目前正申請美國專利,並剛剛開始與瑪麗醫院合作,設立應用FACED技術的醫療儀器,料經過3年至5年臨床研究後,可推出市面。

除醫療研究外,FACED亦可應用於海洋微藻等其他涉及極大量細胞領域。

團隊亦正嘗試以該技術建立龐大圖像數據庫,及利用人工智能概念,提高影像分析成效。

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