创新的内窥镜成像系统，可检测多种荧光示踪剂

　　在荧光引导手术(FGS)中，外科医生使用荧光探针来可视化恶性肿瘤的精确边界。然而，临床批准的内窥镜不适合区分多种示踪剂。在一项新的研究中，来自美国的科学家通过开发一种使用生物成像传感器的新型内窥镜系统来解决这个问题。他们的设备可以分辨出非常接近的荧光发射峰，为更高精度的FGS肿瘤切除铺平了道路。

　　

   

   

图像:内窥镜成像系统的生物传感器包括一个像素阵列，可以捕获六个不同光谱通道的光。

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对于实体癌患者，内窥镜手术是切除肿瘤的主要治疗选择之一。然而，即使手术切除后留下少量癌细胞，癌症复发的风险也很高。为了防止这种情况发生，研究人员开发了荧光引导手术(FGS)。在FGS中，患者被注射一种荧光探针，这种荧光探针优先与肿瘤细胞结合，使外科医生能够借助发出必要激发光的专门内窥镜轻松识别病变。

不幸的是，肿瘤可能是高度异质性的，单个荧光探针不足以检测所有肿瘤。因此，FGS的前沿之一是使用多种荧光探针(又称“示踪剂”)的鸡尾酒来检测更广泛的肿瘤，并减少假阳性和假阴性。尽管在这个方向上取得了一些进展，但临床批准的内窥镜都是优化的，只能检测一种示踪剂。此外，目前正在开发的多示踪仪器体积庞大，因为它们需要多个成像传感器和光学元件。

在最近发表在《生物医学光学杂志》(JBO)上的一项研究中，伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的一个研究小组报告了一种新的内窥镜成像系统，其设计可以大大加快多示踪剂FGS的采用。

该设计的核心是一种创新的六色生物成像传感器(BIS)，研究人员根据螳螂虾的视觉系统对其进行了建模。该传感器由三层垂直堆叠的光电探测器组成，上面覆盖着棋盘状的两个不同的滤光片;一个过滤可见光，另一个过滤近红外(NIR)光。

结果是一个单芯片相机可以有效地捕获六个不同光谱通道的光，从而使其能够检测到被成像组织荧光发射的最细微差异。从性能的角度来看，这种BIS可以区分发射峰仅相隔20纳米的荧光示踪剂。这样的壮举是不可能的，目前临床批准的成像仪器。

为了能够有效地使用BIS，研究人员还必须设计一个合适的激发光源来激活荧光示踪剂。为此，他们使用定制的分叉光纤连接到三个独立的光源——一个白光LED和两个665和785纳米的近红外激光器。研究人员在刚性内窥镜的开始处将纤维的联合输出连接起来。这样，通过使用单个成像传感器和单个光输入，他们使该设备比其他多示踪成像系统体积更小。

研究人员进行了表征和基准测试，以确定该设备的空间分辨率和灵敏度。此外，他们还在小鼠乳腺癌模型上进行了体内实验。这些小鼠被注射680纳米的示踪剂，800纳米的示踪剂，或两者的等量混合物。所提出的系统可以清楚地区分单个示踪剂和混合物产生的荧光特征。

为了展示他们的内窥镜的临床潜力，研究人员用它来对刚从患者身上切除的肺癌结节进行成像。虽然这些患者只注射了一种荧光示踪剂，但该装置仍然能够准确区分恶性结节和健康组织。

总的来说，研究人员取得了重要的工程突破，为采用多示踪剂FGS铺平了道路。由于其更高的空间分辨率和检测荧光发射微小变化的卓越能力，所提出的内镜成像系统将帮助医生更容易地发现较小或隐藏的肿瘤。

如果幸运的话，这将提高可手术癌症患者的长期生存率。