科学家和医生为了识别肿瘤细胞，通常需要进行生化分析，比如做生物切片。然而，当前这类方法的识别精度依然有限，尤其对早期肿瘤，灵敏度更低。
很多研究都表明，在癌变的过程中，细胞的硬度会发生明显变化。一个直观的例子：乳腺肿块是判断是否患乳腺癌的一个重要信号。这为科学家提供了一个新思路：也许可以通过测量细胞硬度来区分健康细胞和癌变细胞，如果成功，这对肿瘤的早期诊断尤其有用。
细胞个头很小，大约在10微米左右，不足普通人头发丝的五分之一。这让细胞硬度的测量变得非常困难。现有的技术包括“原子力显微镜”（用一个极细的针尖去按压细胞来判断硬度）或“微管抽吸（通过把细胞的一部分吸入微管中来判断硬度）”。总结来看，这类技术在测量过程中需要接触细胞并施加外力来改变细胞形状。
2008年，哈佛大学医学院的科学家Giuliano Scarcelli和Andy Yun首次报道了一种新的硬度测量方法：共聚焦布里渊显微镜（confocal Brillouin microscopy）。这是一种光学方法，利用光的布里渊散射来测量样品的硬度。2015年，这种显微镜被首次用于单个细胞的硬度测量，获得了亚微米分辨率的三维硬度图。与传统方法相比，布里渊显微镜具有如下优势：
但此时的布里渊显微镜测量速度较慢，还具有潜在的光毒性。以上这些限制对这项技术在生物医学里的实际应用带来了挑战。
近日，韦恩州立大学张继涛教授和马里兰大学Giuliano Scarcelli教授课题组合作开发了一种基于双线扫描的布里渊显微镜。这项技术不但比已有的布里渊显微镜快50-100倍，而且将光毒性降低了一个数量级。
张继涛教授是论文的第一作者和共同通讯作者，Giuliano Scarcelli教授是共同通讯作者。其他合作者包括Milos Nikolic博士（共同第一作者，现为普林斯顿大学博士后）和Kandice Tanner博士（美国国立卫生研究院研究员）。
线扫描布里渊显微镜的概念由张继涛博士和Giuliano Scarcelli博士于2016年首次提出。如图1所示。在共聚焦布里渊显微镜中（a），布里渊信号的激发和收集都由同一个物镜实现，光谱仪每次只能测量一个会聚光斑处的信息。为获得二维或三维布里渊图像，需要逐点扫描该光斑。而在线扫描布里渊显微镜中（b），信号的激发和收集则有两个分立的物镜实现。在这种情况下，光谱仪每次可同时获得激发线）的信号，大大降低了成像时的测量时间。
为了进一步提升测量速度，扩大视场，并消除由折射率导致的测量偏差，研究者们在最新的工作中提出了双线所示）。与此同时，为了使该技术适用于生物医学领域，研究者们将该技术进行了如下改进：
（2）大幅提升（1000倍）光谱仪的光谱消光比，实现了在高噪声环境下的精确测量；
（3）对多路复用的光谱仪进行了重新设计，使之能够实现分辨率和测量范围的优化组合。
研究者首先用健康细胞球体对该技术进行了可行性验证。他们能在几分钟内完成对100*200*10像素的三维弹性成像，单像素的等效测量时间为1毫秒。随后，在小于一分钟的尺度上，他们捕捉到了细胞球体硬度因外界渗透压的改变而产生的变化。最后，他们对健康细胞球体和肿瘤细胞球体进行了长达五天的对比测量（图3）。结果表明，肿瘤细胞球体比健康细胞球体的硬度变化更大，且在球体内呈现出不同的硬度分布模式。这是肿瘤细胞球体三维硬度成像的首次报道，将有助于建立用弹性成像区分肿瘤细胞的临床诊断新方法。
该技术目前可实现50-100微米尺度上的弹性成像。进一步的技术提升包括扩展视场范围、提升样品穿透深度、将光学系统改造为倒置式以简化样品准备的步骤、将本系统和光片显微镜结合以实现多模态成像等。这些技术提升可部分借鉴已有的光学方法，但同时也需要基于布里渊显微镜的特点进行有针对性的技术创新，以实现对肿瘤细胞快速、高精度的弹性成像。
未来随着布里渊显微成像的进一步成熟，该技术或可作为通用医疗仪器实现肿瘤的早期临床诊断。同时，它也可为其他疾病（如动脉粥样硬化，阿尔茨海默病等）提供辅助的早期临床诊断。
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