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      我国学者在消化道血氧动力学监测光纤光声内窥镜方面取得进展

      日期 2022-12-23   来源:信息科学部   作者:唐华 关柏鸥 吕俊鹏  【 】   【打印】   【关闭

      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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