內(nèi)窺鏡光纖探頭：手術(shù)中，腫瘤實時診斷

撰稿人 | Theo（中科大 博士生）

實時診斷，而不是幾天后

癌癥很難從身體中消除，因為惡性腫瘤通常潛伏在健康組織中。在切除癌性腫瘤時，外科醫(yī)生必須小心地盡可能多地切除腫瘤——如果沒有完全切除，它會像雜草一樣重新生長。

此前，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)可以通過相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）、二次諧波產(chǎn)生（SHG）和雙光子激發(fā)熒光（TPEF）三種成像方式的組合來識別惡性腫瘤。但是因為尺寸要求和脈沖激光在光纖中傳輸?shù)倪^程中耗損并丟失信號，多模態(tài)非線性內(nèi)窺鏡檢查在人體中應(yīng)用是非常困難的。

因此，目前癌細(xì)胞的識別只能在術(shù)后進行，將組織通常通過活檢取出，染色后在顯微鏡下檢查——這個過程需要幾天后。

圖1：用于微創(chuàng)檢查的光纖探頭（圖源：耶納萊布尼茨光子技術(shù)研究所）

鑒于上述難題，來自德國萊布尼茲光子技術(shù)研究所與德國GRINTECH公司的研究人員結(jié)合智能和超緊湊光學(xué)概念，開發(fā)了一種特殊的微結(jié)構(gòu)光纖，展示了基于該光纖的多模態(tài)內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺鏡探頭在手術(shù)過程中可以實時在體內(nèi)看到腫瘤邊緣。通過顯示形態(tài)學(xué)和生化信息，幫助醫(yī)生區(qū)分健康和惡性組織。該技術(shù)的出現(xiàn)標(biāo)志著在手術(shù)過程中無需切割即可實時識別腫瘤組織向前邁進了一步。

該成果以“Multimodal nonlinear endomicroscopic imaging probe using a double-core double-clad fiber and focus-combining micro-optical concept”為題發(fā)表在 Light: Science & Applications。

用于微創(chuàng)檢查的靈活探頭 

該光纖由兩個低自體熒光的純硅單模核心組成。同時纖芯被嵌入直徑為60微米的摻氟二氧化硅包層中，隨后外層再覆蓋一層外徑為125微米的純二氧化硅包層，用于信號采集。為了在外包層中對采集到的信號進行導(dǎo)光，光纖上覆蓋了直徑230微米的摻氟聚合物層，從而形成了雙芯雙包層光纖。通過這種微結(jié)構(gòu)可以保障高功率長皮秒激光脈沖的高透過率，實現(xiàn)低損耗。

圖2：光纖微結(jié)構(gòu)（圖源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

除此之外，研究人員利用焦點組合微光學(xué)概念，在內(nèi)窺鏡的尖端，線性衍射光學(xué)光柵可以接受全部信號，從而實現(xiàn)亞微米級別的分辨率與180微米的全視場成像。

圖3：內(nèi)窺鏡物鏡的設(shè)計方案（圖源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

更精確地檢測腫瘤邊緣

該技術(shù)這不僅有助于提高癌癥患者康復(fù)的機會，而且還可以通過避免后續(xù)昂貴的治療，進而來節(jié)省衛(wèi)生系統(tǒng)的可觀成本。據(jù)統(tǒng)計，目前幾乎每 10 次手術(shù)后，就會在頭頸部腫瘤中重新發(fā)現(xiàn)癌細(xì)胞。足見，這種新型的多模態(tài)圖像探頭在手術(shù)過程中清楚地識別腫瘤邊緣，為手術(shù)和內(nèi)窺鏡檢查中的無標(biāo)記組織診斷開辟新的可能性。

圖4：來自新型探頭的未染色生物樣本的多模態(tài) CARS/SHG/TPEF 內(nèi)窺鏡圖像，顯示了 CARS（第一列）、TPEF1（第二列）、標(biāo)記的其他成像模式（第三列）和合并數(shù)據(jù)（第四列）。樣品包括來自頭部和頸部的人類上皮組織 (a)、羊的硬腦膜血管切片 (b) 、大蠟螟幼蟲切片 (c、d、e)（圖源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

論文信息：

Pshenay-Severin, E., Bae, H., Reichwald, K. et al. Multimodal nonlinear endomicroscopic imaging probe using a double-core double-clad fiber and focus-combining micro-optical concept. Light Sci Appl 10, 207 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41377-021-00648-w

監(jiān)制 |  趙陽

編輯 | 趙唯

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