中國科學院研究人員開發(fā)了一種新型生物醫(yī)學內(nèi)窺鏡

近日，中國科學院研究人員開發(fā)了一種新型生物醫(yī)學內(nèi)窺鏡，它可以同時獲得三維可見光和近紅外熒光圖像。它的光學設計結合了人類視覺的高分辨率三維成像和螳螂蝦同時探測多波長光的能力。

具有三維成像能力的內(nèi)窺鏡可以幫助外科醫(yī)生精確定位病變組織。增加熒光成像可以使癌變組織更容易切除，或突出解剖中需要避免的關鍵部位。

來自中國科學院的石晨英和他的同事描述并演示了這種新型的多模內(nèi)窺鏡。雖然這是一個早期的示范，新的內(nèi)窺鏡是設計直接取代現(xiàn)有的內(nèi)窺鏡，而不需要臨床醫(yī)生學習如何使用新的儀器。

“現(xiàn)有的熒光3D內(nèi)窺鏡要求外科醫(yī)生在手術過程中轉(zhuǎn)換工作模式，以看到熒光圖像，”施說。因為我們的三維內(nèi)窺鏡可以同時獲取可見和熒光的3D圖像，它不僅提供了更多的視覺信息，而且大大縮短了手術時間，降低了手術風險。

輔助機器人手術

盡管它可以用于任何內(nèi)窺鏡手術，研究人員設計了用于機器人手術系統(tǒng)的新型多模內(nèi)窺鏡。這些系統(tǒng)有助于提高微創(chuàng)手術的精度和準確性，并能幫助外科醫(yī)生在身體狹窄的區(qū)域執(zhí)行復雜的任務。對于機器人手術，新內(nèi)窺鏡提供的增強視覺信息可以幫助外科醫(yī)生區(qū)分出外科領域中不同類型的組織。

“盡管今天的機器人手術系統(tǒng)要求外科醫(yī)生靠近，但基于這種多模3D內(nèi)窺鏡的機器人手術有一天可能會讓外科醫(yī)生在遙遠的地方遠程執(zhí)行手術，”施說?！斑@將有助于解決醫(yī)療資源分配不均的問題，使生活在醫(yī)療條件相對較差地區(qū)的人們受益。”

新的多模態(tài)內(nèi)窺鏡利用兩種光學系統(tǒng)實現(xiàn)了高分辨率的三維成像，形成了與人眼相似的雙目設計。然而，在這種情況下，光學設計既可以容納像人眼這樣的可見光，也可以容納熒光成像所需的近紅外波長。這種光是由螳螂蝦的復眼激發(fā)的傳感器檢測出來的，它不僅能探測多光譜信息，而且還能識別偏振光。該傳感器通過使用具有不同光譜和偏振響應的像素來檢測電磁頻譜的多個部分。

為了獲得高質(zhì)量的三維圖像，雙目光學系統(tǒng)必須有兩個參數(shù)完全相同的光學系統(tǒng)。他說：“這對光學元件的加工精度提出了嚴格的要求?！薄拔覀兝镁芄鈱W處理技術實現(xiàn)了這一精度，并將其與基于芯片的光譜學技術相結合，使這種多模態(tài)三維內(nèi)窺鏡成為可能?！?br />
結合可見光和熒光圖像

為了測試新的內(nèi)窺鏡，研究人員分析了它的分辨率、熒光成像能力以及同時獲得具有近紅外和可見顏色信息的三維圖像的能力。內(nèi)窺鏡性能良好，在可見光下，分辨率高達每毫米7條線對--與今天使用的最佳3D內(nèi)窺鏡相同--以及近紅外照明下每毫米4條線對。

然后，他們使用內(nèi)窺鏡獲取三種濃度的吲哚青綠的可見顏色和近紅外熒光圖像。這一近紅外熒光標記得到美國食品藥品管理局的批準，用于標記腫瘤組織.雖然人眼無法分辨這三種樣品，但用多模態(tài)三維內(nèi)窺鏡可以清晰地分辨出這三種樣品。研究人員還測試了內(nèi)窺鏡的三維成像性能，用它來拍攝一個具有許多縱橫交錯部分的玩具。內(nèi)窺鏡能夠產(chǎn)生3D圖像，即使經(jīng)過長時間的觀察，也不會導致眼睛疲勞。

研究人員計劃使用三維內(nèi)窺鏡進行額外的生物和臨床成像。他們還計劃納入更多的波長和感知偏振的能力，以提供更多的視覺信息。

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