暨南大学关柏鸥教授团队在消化道血氧动力学监测光纤光声内窥镜方面取得进展
2024/04/18
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图 大鼠直肠内不同位置处的光声内窥成像结果(右侧第一列:血红蛋白浓度;右侧第二列:深度信息;右侧第三列:血氧饱和度)
在国家自然科学基金项目(批准号:62122031、62135006、61860206002)等资助下,暨南大学关柏鸥教授团队在光声内窥镜研究方面取得进展。研究成果以“基于光学外差超声探测的光学分辨率功能性消化道光声内窥镜(Optical-resolution functional gastrointestinal photoacoustic endoscopy based on optical heterodyne detection of ultrasound)”为题,于2022年12月9日发表在《自然·通讯》(Nature Communications)上。论文链接:https://doi.org/10.1038/s41467-022-35259-5。
消化道内的微循环状态是医学上重要生理特征,微循环状态异常不仅与消化道炎症、肿瘤等疾病相关,还为脓毒症等循环障碍疾病诊断提供了重要的判断依据。现有医用内窥镜只能观察浅层微血管结构,不能提供血氧饱和度、血流速度等功能信息,难以满足临床需求。光声成像利用脉冲激光激发生物组织产生超声信号,通过超声传感器探测超声信号重建出生物组织图像,不仅能够提供高对比度的血管图像,还能实现血氧饱和度的量化表征。传统上采用压电传感器探测超声信号,压电传感器尺寸与灵敏度之间存在制约关系,当用于内窥成像时,由于尺寸受限而无法提供足够的探测灵敏度。
研究团队研制出一种基于光纤技术的高灵敏度超声传感器,可将超声信号转换为激光频率变化并进行信号放大,以光外差探测方式实现信号读出。该传感器只有头发丝般粗细,其灵敏度比同尺寸压电传感器高出两个数量级,并具有极好的抗干扰能力,能够在探头快速旋转时稳定工作,使得高性能光声内窥成像成为可能。
光声内窥镜探头直径仅2毫米。探头内有两根光纤,其中一根光纤用于引导脉冲激光激发目标组织,另一根光纤用于探测生物组织发出的微弱超声信号。研究团队展示了大鼠直肠的内窥成像结果,不仅清晰地呈现动静脉分布,而且以高空间分辨率呈现出目标区域内血氧饱和度的变化过程(图)。成像结果表明,在炎症发生后的90分钟内,肠道壁的血管发生充血效应,血管密度和血红蛋白浓度均有所增加。
这种小尺寸光声成像探头易于与现有肠胃镜集成,可以通过现有肠胃镜的内部通道进入病人体内进行病灶检查,为消化道内微循环监测提供了新的影像学手段,具有重要的临床应用价值。
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