新型內窺鏡技術研究方面獲重要進展

光纖內窺鏡示意圖。研究團隊 供圖

近日，暨南大學光子技術研究院關柏鷗團隊與暨南大學附屬第一醫院內鏡中心黃衛團隊合作，在新型內窺鏡技術方面取得重要進展。他們研制出一種新型內窺鏡技術，不僅能以高空間分辨率提供血管結構信息，還能實時監測血氧飽和度分布的變化過程，為消化道微循環監測提供了一種新的影像學手段。相關研究發表于Nature Communications。

消化道內的微循環狀態是醫學上重要生理特征，微循環狀態異常不僅與消化道炎癥、腫瘤等疾病相關，還為膿毒癥等循環障礙疾病診斷提供了重要的判斷依據。現有醫用內窺鏡只能觀察淺層微血管結構，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。

在該項工作中，研究人員研制出一種新型內窺鏡技術，是基于光纖技術和光聲成像原理實現的。光聲成像是采用光學激發和超聲波探測的新型成像方式，利用脈沖激光激發生物組織產生超聲信號，通過超聲傳感器探測超聲信號重建出生物組織圖像。利用血紅蛋白對脈沖激光的內源性吸收，不僅能夠提供高對比度的血管圖像，還能實現血氧飽和度的量化表征。傳統上采用壓電傳感器探測超聲信號，壓電傳感器存在尺寸與靈敏度之間制約關系，當用于內窺成像時，由于尺寸受限而無法提供足夠的探測靈敏度。

針對該問題，關柏鷗團隊研制出一種基于光纖技術的高靈敏度超聲傳感器，將超聲信號轉換為激光頻率變化并進行信號放大，以光外差探測方式實現信號讀出。該傳感器只有頭發絲般粗細，其靈敏度比同尺寸壓電傳感器高出兩個數量級，并具有極好的抗干擾能力，能夠在探頭快速旋轉時穩定工作，使得高性能光聲內窺成像成為可能。

內窺鏡探頭直徑僅2毫米。探頭內有兩根光纖，其中一根光纖用于引導脈沖激光激發目標組織，另一根光纖為高靈敏度超聲傳感器，用于探測生物組織發出的微弱超聲信號。研究團隊給出了大鼠直腸的內窺成像結果，不僅清晰地展示出動靜脈分布，而且以高空間分辨率呈現出急性炎癥狀態下血液動力學過程。成像結果表明，在炎癥發生后的90分鐘內，腸道壁的血管發生充血效應，血管密度和血紅蛋白濃度均有所增加。更為重要的是，該技術能夠反映出目標區域內血氧飽和度的變化過程。

該技術為消化道內微循環監測提供了新的影像學手段，具有重要的臨床應用價值。這種小尺寸光聲成像探頭有望通過現有醫用內窺成像器械所提供的內部通道進入病人體內進行病灶檢查。對于消化道疾病診斷來說，該技術有望幫助對早期癌變與良性腫瘤進行區分，并確定癌變與健康組織的邊界。

上述研究得到國家自然科學基金、廣東特支計劃本土團隊項目、暨南大學學科交叉專項等項目的資助。暨南大學光子技術研究院副教授梁貽智為該論文第一作者，關柏鷗教授、金龍教授、黃衛主任為共同通訊作者，香港城市大學副教授王立代也為該項工作做出了貢獻。