健康的紅細胞形狀很像救生圈，只是中間的凹陷比孔洞更明顯。但是，生病或受損的紅細胞通常會改變形狀，例如，當感染引起瘧疾的寄生蟲時會變得腫脹。快速檢測到不規則形狀可能有一天會加速血液疾病、某些型別的癌症的識別，甚至告訴血庫何時儲存中的紅細胞過了最佳期——所有這些都無需破皮或灑出一滴血。
一種名為光聲學的新成像方法可能有一天會幫助夢想成真。該程式利用光和聲音的力量，類似於雷射誘導超聲。多倫多瑞爾森大學的一個研究團隊使用高頻聲波建立了紅細胞的新型詳細影像，使科學朝著未來邁進了一步。該研究結果今天發表在《生物物理學雜誌》上。
使用光聲學，將一滴血放在一種特殊的顯微鏡下，該顯微鏡可以拾取細胞自身產生的聲音。然後，研究人員向樣本發射非常集中的雷射束。當血細胞吸收雷射脈衝的能量時，它們會以另一種形式釋放一部分能量——聲波。由於血液的成分使其能夠在不同的波長下以不同的方式吸收光，因此科學家可以使用光聲學來計算出有關細胞形狀的各種細節。“把它想象成麥克風，”該研究的作者、瑞爾森大學物理學教授兼加拿大生物醫學超聲應用研究主席邁克爾·科利奧斯說。“我們只是在傾聽正在發生的事情。”
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問題在於，檢測紅細胞形狀變化的程度，以表明細胞可能生病，透過這種成像尚未成為可能。
科利奧斯及其在瑞爾森大學的同事調整了一種定製的光聲顯微鏡，以檢測非常高的頻率。現在，他們可以比以往任何時候都更清晰地識別紅細胞的形狀和大小。他們的成功為未來打開了大門，未來有一天可能會包括可以繪製細胞形狀的手持式醫療掃描裝置。
以前，研究人員只能使用低於 100 兆赫的頻率進行光聲實驗，因為很難獲得足夠強大的感測器來處理更高的頻率。從如此低的頻率製成的影像沒有顯示太多資訊，只允許研究人員看到那裡有一個細胞——但僅此而已。瑞爾森團隊能夠使用更高頻率的聲波，這要歸功於一種特殊的超聲波感測器，它可以拾取更高的頻率。這種改進使他們能夠足夠詳細地“看到”紅細胞，以便他們可以開始判斷細胞的健康狀況。
然而，他們仍然必須在載玻片下觀察紅細胞，因為聲音在進入身體空腔時傳播非常不可預測。例如，當孕婦進行超聲波檢查時，醫療專業人員會使用非常低的頻率來獲取胎兒的影像，因為高頻波長會到達胎兒，但隨後會迅速散射並被周圍組織吸收，然後才能離開女性的身體。同樣，在光聲學中使用高頻不會在身體隱蔽處存在的東西上產生詳細的影像。
雖然仍有許多技術問題需要解決，但研究人員對光聲學現在可用的影像的清晰度感到鼓舞。聖路易斯華盛頓大學的生物醫學工程師王立宏說，下一步是考慮從血管相對容易接近的部位（如手臂）收集資訊。“這將激發一些新的工作，我們可能會開始研究光聲資訊，以量化單個血細胞的形狀。”王說。
光聲學更直接的應用可能是檢查醫院和血庫中即將輸注的血液。紅細胞的保質期為 42 天。“與牛奶不同，牛奶有一天真的很好，第二天你把它倒在你的麥片上，它就變酸了，血液製品從零到 42 天就開始變質，”加拿大血液服務中心負責評估新技術的副主任傑森·阿克說。儘管對血液進行了細菌、白細胞和血紅蛋白汙染的評估，但他表示，從未測量過血液的質量，並且血液的質量可能會因多種因素而更快或更慢地惡化。“在輸血之前或向醫院發放血液之前，擁有關於產品質量的工具可能很有價值。”科利奧斯已開始與加拿大血液服務中心洽談合作研究，以使該技術適應於幫助評估血庫中的血液。
這項工作的另一個長期應用可能是在檢測黑色素瘤等方面。“我對這項工作在活體檢測迴圈腫瘤細胞方面的潛力最感到興奮，”王說，因為這項技術可以比當前方法更快地識別癌細胞。為了使這項技術適應於做類似的事情，科學家需要進一步校準他們將使用的波長——紅細胞是紅色的，大多數黑色素瘤細胞攜帶黑色素，黑色素是黑色的，因此會以不同的方式吸收光。但是，這項突破的可能性讓科學家們對更早、更少侵入性的疾病檢測的更光明未來充滿期待。