运动纤毛是覆盖一些上皮细胞的微小的、类似毛发的结构，对人体许多系统的正常运作起着重要的作用。纤毛病(也称纤毛的形成或功能异常)可能会导致严重的健康并发症，但是由于纤毛的尺寸非常微小，因此对其进行动态成像一直是一个挑战。传统的方法是在暴露的纤毛表面使用高速视频显微镜，但是这需要解剖器官，该过程会破坏纤毛的环境并可能导致生理研究的不准确性。现在，据报道，美国贝勒医学院和史蒂文斯理工学院的研究人员开发了一种新型的光学相干断层扫描技术(OCT)，可以可视化体内运动纤毛的协同工作。他们的方法依赖于 OCT 图像中由纤毛节律性运动引起的强度波动相位的时空映射。
团队成员 Deirdre Scully 和 Tian Xia 在基于 OCT 的实验装置旁，该方法可以直接对自然环境中活动纤毛的协同工作进行成像。
OCT 捕捉纤毛节律
纤毛在人类和其他哺乳动物中的重要功能之一是沿着输卵管、肺和大脑等器官的上皮壁移动液体和颗粒。它们通过周期性、协同的跳动产生所谓的异时波来完成这项任务，从而能够沿着上皮表面传输物质。由于OCT能够在散射介质(如组织)中进行高速、深度分辨的显微成像，深度为可达1-2毫米，因此OCT作为纤毛研究工具越来越受欢迎。传统的OCT方法分辨不出纤毛，但它们的节律性跳动在OCT图像中产生散斑，从而可以揭示相应像素处跳动的频率和相位信息。
映射散斑
研究人员的新图像处理方法找到具有显着周期性分量的像素，然后对主频率的相位进行时空映射，这对应于纤毛的拍频。这既可以直接可视化异时波的传播，也可以提供其速度。研究团队使用明场视频显微镜验证了该方法，然后用它来探索温度对提取的完整小鼠输卵管中异时波速度的影响。由于研究人员能够在不破坏输卵管环境的情况下透过组织层进行成像，因此他们首次证实了异时波的速度随着温度的升高而增加。他们还成功地在活体小鼠输卵管内进行了纤毛异时波的成像，以揭示波在任何方向上的传播。他们指出，这种能够在活体生物体内成像纤毛动态的能力是基于 OCT 的异时波分析的主要优势。
研究与临床应用
研究人员表示，除了为我们提供对女性生殖系统的新见解之外，他们的技术还可以改进以用于研究各种器官中的纤毛。他们还指出，如果将其与目前正在临床试验中的可以引导通过输卵管的基于光纤的OCT探头相结合，该方法有望用于诊断目的。贝勒医学院的研究小组负责人 Irina V. Larina 说：“我们的新方法使我们可以接触到这种以前无法接触到的生理过程。我们很期待它将为我们揭示关于女性生殖生理学中纤毛特定作用以及纤毛病和不孕症之间的特定联系。”
