01導讀

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。近日，暨南大學光子技術研究院關柏鷗教授團隊聯合暨南大學附屬第一醫院、香港城市大學實現了一種新型內窺鏡技術，不僅能以高空間分辨率獲得血管結構，還能實時監測疾病狀態下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。

02研究背景

現有醫用內窺鏡僅能觀察淺層微血管結構，但不具備血氧飽和度、血流速度等功能信息的獲取能力，難以滿足臨床需求。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，通過超聲換能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。

傳統上采用壓電換能器探測超聲信號，由于壓電換能器存在尺寸與靈敏度之間制約關系，當用于內窺成像時，因尺寸受限而無法提供足夠的探測靈敏度。 光纖超聲傳感器不僅尺寸小巧，而且可柔性彎曲，是內窺超聲探測的理想工具。然而，如何獲得足夠的超聲響應靈敏度，以滿足極微弱光聲信號的探測要求，實現高質量的光聲成像效果，依然是一個挑戰。

03創新研究

3.1高性能光纖超聲傳感器

暨南大學關柏鷗教授團隊在國際上首創了雙頻干涉型光纖激光超聲器傳感技術，以小型化雙頻光纖光柵激光器為傳感單元，將超聲信號轉換為激光頻率變化，并以光外差探測方式實現信號讀出。關柏鷗團隊圍繞著該技術精耕細作十余載，解決了毫米級腔長雙頻光纖激光器制作、超聲響應調控、超感器噪聲抑制等一系列科學與技術問題，不僅將傳感器靈敏度提升至比同尺寸壓電傳感器高出兩個數量級，而且實現了可靠、能用、好用。傳感器能夠在快速旋轉狀態下穩定工作，使得高性能光聲內窺鏡成為可能。

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圖2 大鼠直腸內不同位置處的光聲內窺成像結果。右側第一列：血紅蛋白濃度；右側第二列：深度信息；右側第三列：血氧飽和度。

3.2光聲內窺成像

光聲內窺鏡探頭直徑僅2毫米。探頭內有兩根光纖，其中一根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超聲信號。研究團隊展示了大鼠直腸內窺成像結果（圖2）。成像結果清晰地展示了動靜脈分布，發現不同位置腸道的血管形態與血氧飽和度具有不同的分布特征。

團隊進一步對急性炎癥狀態下的腸道血管微循環進行了連續成像，以高空間分辨率觀察了血液動力學過程（圖3）。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。

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圖3急性炎癥下光聲內窺成像結果。(a)光聲成像結果；（b）統計表明炎癥狀態下的血氧飽和度發生顯著提升；（c）炎癥狀態下血紅蛋白濃度、血氧飽和度和血管密度等指標均有不同程度的變化，其中血氧飽和度變化更具顯著性。

04應用與展望

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。






審核編輯：劉清