内窥镜光纤探头：手术中，肿瘤实时诊断

撰稿人 | Theo（中科大 博士生）

实时诊断，而不是几天后

癌症很难从身体中消除，因为恶性肿瘤通常潜伏在健康组织中。在切除癌性肿瘤时，外科医生必须小心地尽可能多地切除肿瘤——如果没有完全切除，它会像杂草一样重新生长。

此前，科学家发现可以通过相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）、二次谐波产生（SHG）和双光子激发荧光（TPEF）三种成像方式的组合来识别恶性肿瘤。但是因为尺寸要求和脉冲激光在光纤中传输的过程中耗损并丢失信号，多模态非线性内窥镜检查在人体中应用是非常困难的。

因此，目前癌细胞的识别只能在术后进行，将组织通常通过活检取出，染色后在显微镜下检查——这个过程需要几天后。

图1：用于微创检查的光纤探头（图源：耶纳莱布尼茨光子技术研究所）

鉴于上述难题，来自德国莱布尼兹光子技术研究所与德国GRINTECH公司的研究人员结合智能和超紧凑光学概念，开发了一种特殊的微结构光纤，展示了基于该光纤的多模态内窥镜。内窥镜探头在手术过程中可以实时在体内看到肿瘤边缘。通过显示形态学和生化信息，帮助医生区分健康和恶性组织。该技术的出现标志着在手术过程中无需切割即可实时识别肿瘤组织向前迈进了一步。

该成果以“Multimodal nonlinear endomicroscopic imaging probe using a double-core double-clad fiber and focus-combining micro-optical concept”为题发表在 Light: Science & Applications。

用于微创检查的灵活探头 

该光纤由两个低自体荧光的纯硅单模核心组成。同时纤芯被嵌入直径为60微米的掺氟二氧化硅包层中，随后外层再覆盖一层外径为125微米的纯二氧化硅包层，用于信号采集。为了在外包层中对采集到的信号进行导光，光纤上覆盖了直径230微米的掺氟聚合物层，从而形成了双芯双包层光纤。通过这种微结构可以保障高功率长皮秒激光脉冲的高透过率，实现低损耗。

图2：光纤微结构（图源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

除此之外，研究人员利用焦点组合微光学概念，在内窥镜的尖端，线性衍射光学光栅可以接受全部信号，从而实现亚微米级别的分辨率与180微米的全视场成像。

图3：内窥镜物镜的设计方案（图源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

更精确地检测肿瘤边缘

该技术这不仅有助于提高癌症患者康复的机会，而且还可以通过避免后续昂贵的治疗，进而来节省卫生系统的可观成本。据统计，目前几乎每 10 次手术后，就会在头颈部肿瘤中重新发现癌细胞。足见，这种新型的多模态图像探头在手术过程中清楚地识别肿瘤边缘，为手术和内窥镜检查中的无标记组织诊断开辟新的可能性。

图4：来自新型探头的未染色生物样本的多模态 CARS/SHG/TPEF 内窥镜图像，显示了 CARS（第一列）、TPEF1（第二列）、标记的其他成像模式（第三列）和合并数据（第四列）。样品包括来自头部和颈部的人类上皮组织 (a)、羊的硬脑膜血管切片 (b) 、大蜡螟幼虫切片 (c、d、e)（图源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

论文信息：

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

监制 |  赵阳

编辑 | 赵唯

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