创新的内窥镜成像系统可以检测多种荧光示踪剂

该系统由生物激励成像传感器驱动，将导致更精确的荧光引导癌症手术

对于患有实体癌的患者，内窥镜手术是移除肿瘤的主要治疗选择之一。然而，如果在手术切除后留下少量癌细胞，则癌症复发的风险很高。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，患者被注射一种优先与肿瘤细胞结合的荧光探针，使外科医生能够在发出必要激发光的专业内窥镜的帮助下轻松识别病变。

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的一个前沿领域是使用多种荧光探针(又名“示踪剂”)的混合物来检测更广泛的肿瘤，以及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被优化为仅检测单一示踪剂。此外，目前正在开发的多示踪剂仪器体积庞大，因为它们需要多个成像传感器和光学组件。

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型内窥镜成像系统，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灵感成像传感器(BIS)，研究人员基于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，这些光电探测器覆盖有两种不同滤光器的棋盘状排列；一个过滤可见光，另一个过滤近红外(NIR)光。

结果是单芯片相机可以有效地捕捉六个不同光谱通道上的光，从而使其能够检测到被成像组织荧光发射中最细微的差异。客观地看，这种BIS可以区分发射峰相距仅20纳米的荧光示踪剂。这样的壮举是不可能的，与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种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——一个白色LED和两个665和785纳米的NIR激光器。研究人员在刚性内窥镜的开始耦合纤维的组合输出。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剂成像系统体积更小。

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，他们对乳腺癌小鼠模型进行了体内实验。这些小鼠被注射了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由单个示踪剂和混合物产生的荧光信号。

为了展示他们的内窥镜的临床潜力，研究人员用它来成像刚刚从患者体内取出的肺癌结节。虽然这些患者只被注射了一种荧光示踪剂，但所提出的设备仍然能够准确区分恶性结节和健康组织。

总的来说，研究人员实现了重要的工程突破，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非凡能力，拟议的内窥镜成像系统将帮助医生更容易地检测更小或隐藏的肿瘤。

幸运的话，这将提高可手术癌症患者的长期存活率。