光纖內(nèi)窺鏡示意圖。研究團(tuán)隊(duì) 供圖

近日，暨南大學(xué)光子技術(shù)研究院關(guān)柏鷗團(tuán)隊(duì)與暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)鏡中心黃衛(wèi)團(tuán)隊(duì)合作，在新型內(nèi)窺鏡技術(shù)方面取得重要進(jìn)展。他們研制出一種新型內(nèi)窺鏡技術(shù)，不僅能以高空間分辨率提供血管結(jié)構(gòu)信息，還能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)血氧飽和度分布的變化過程，為消化道微循環(huán)監(jiān)測(cè)提供了一種新的影像學(xué)手段。相關(guān)研究發(fā)表于Nature Communications。

消化道內(nèi)的微循環(huán)狀態(tài)是醫(yī)學(xué)上重要生理特征，微循環(huán)狀態(tài)異常不僅與消化道炎癥、腫瘤等疾病相關(guān)，還為膿毒癥等循環(huán)障礙疾病診斷提供了重要的判斷依據(jù)。現(xiàn)有醫(yī)用內(nèi)窺鏡只能觀察淺層微血管結(jié)構(gòu)，不能提供血氧飽和度、血流速度等功能信息，難以滿足臨床需求。

在該項(xiàng)工作中，研究人員研制出一種新型內(nèi)窺鏡技術(shù)，是基于光纖技術(shù)和光聲成像原理實(shí)現(xiàn)的。光聲成像是采用光學(xué)激發(fā)和超聲波探測(cè)的新型成像方式，利用脈沖激光激發(fā)生物組織產(chǎn)生超聲信號(hào)，通過超聲傳感器探測(cè)超聲信號(hào)重建出生物組織圖像。利用血紅蛋白對(duì)脈沖激光的內(nèi)源性吸收，不僅能夠提供高對(duì)比度的血管圖像，還能實(shí)現(xiàn)血氧飽和度的量化表征。傳統(tǒng)上采用壓電傳感器探測(cè)超聲信號(hào)，壓電傳感器存在尺寸與靈敏度之間制約關(guān)系，當(dāng)用于內(nèi)窺成像時(shí)，由于尺寸受限而無法提供足夠的探測(cè)靈敏度。

針對(duì)該問題，關(guān)柏鷗團(tuán)隊(duì)研制出一種基于光纖技術(shù)的高靈敏度超聲傳感器，將超聲信號(hào)轉(zhuǎn)換為激光頻率變化并進(jìn)行信號(hào)放大，以光外差探測(cè)方式實(shí)現(xiàn)信號(hào)讀出。該傳感器只有頭發(fā)絲般粗細(xì)，其靈敏度比同尺寸壓電傳感器高出兩個(gè)數(shù)量級(jí)，并具有極好的抗干擾能力，能夠在探頭快速旋轉(zhuǎn)時(shí)穩(wěn)定工作，使得高性能光聲內(nèi)窺成像成為可能。

內(nèi)窺鏡探頭直徑僅2毫米。探頭內(nèi)有兩根光纖，其中一根光纖用于引導(dǎo)脈沖激光激發(fā)目標(biāo)組織，另一根光纖為高靈敏度超聲傳感器，用于探測(cè)生物組織發(fā)出的微弱超聲信號(hào)。研究團(tuán)隊(duì)給出了大鼠直腸的內(nèi)窺成像結(jié)果，不僅清晰地展示出動(dòng)靜脈分布，而且以高空間分辨率呈現(xiàn)出急性炎癥狀態(tài)下血液動(dòng)力學(xué)過程。成像結(jié)果表明，在炎癥發(fā)生后的90分鐘內(nèi)，腸道壁的血管發(fā)生充血效應(yīng)，血管密度和血紅蛋白濃度均有所增加。更為重要的是，該技術(shù)能夠反映出目標(biāo)區(qū)域內(nèi)血氧飽和度的變化過程。

該技術(shù)為消化道內(nèi)微循環(huán)監(jiān)測(cè)提供了新的影像學(xué)手段，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值。這種小尺寸光聲成像探頭有望通過現(xiàn)有醫(yī)用內(nèi)窺成像器械所提供的內(nèi)部通道進(jìn)入病人體內(nèi)進(jìn)行病灶檢查。對(duì)于消化道疾病診斷來說，該技術(shù)有望幫助對(duì)早期癌變與良性腫瘤進(jìn)行區(qū)分，并確定癌變與健康組織的邊界。

上述研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、廣東特支計(jì)劃本土團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目、暨南大學(xué)學(xué)科交叉專項(xiàng)等項(xiàng)目的資助。暨南大學(xué)光子技術(shù)研究院副教授梁貽智為該論文第一作者，關(guān)柏鷗教授、金龍教授、黃衛(wèi)主任為共同通訊作者，香港城市大學(xué)副教授王立代也為該項(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-022-35259-5

來源：《自然—通訊》