新型光声与荧光成像结合微型内窥镜

近日，研究人员们展示了一种新型内窥镜，这种内窥镜独特地将光声和荧光成像结合在了一种只有头发厚度的设备上。这种设备可以在测量神经活动的同时测量血液动力学，从而对大脑有新的了解。
    “结合这些成像模式可以提高我们对特定情况下的大脑结构和行为的理解，比如在用靶向药物治疗后，”来自法国国家科学研究中心/ Grenobe Alpes跨学科实验室的研究小组组长Emmanuel Bossy说。“当把内窥镜插入小动物的大脑进行成像时，它的小尺寸有助于将对组织的损害降到最低。”
       在光学学会(OSA)期刊《Biomedical Optics Express》上，Bossy的研究团队与来自伦敦大学学院的Paul C. Beard的团队合作，描述了他们的新型多模内窥镜，并表明它可以获得红血球和荧光珠的光声和荧光图像。
       使用同一装置可以同时获取荧光和光声图像，提供具有互补信息的自动共注册图像。荧光信号是在荧光标记吸收光并以不同波长重新发射时产生的，它对标记组织的特定区域最有用。另一方面，光声图像捕捉光吸收后产生的声波，不需要标签，因此可以用于成像血液动力学。
       这种新型内窥镜使用一种称为光波前整形的技术，在一个非常小的多模光纤的成像尖端创建一个聚焦光点。研究人员表示，光传播到多模光纤中被打乱，因此不可能透过光纤看到东西。然而，这种类型的光纤有利于内窥镜检查，因为与许多医疗内窥镜设备所使用的成束成像光纤相比它非常小。
       为了透视多模光纤，研究人员使用空间光调制器将特定的光模式通过光纤，并在成像末端创建一个焦点。当聚焦点击中样本时，它会产生一个信号，可以用光栅扫描样本上的聚焦点，逐点建立图像。虽然其他研究人员已经将多模光纤用于荧光内窥镜，但这项新工作中首次将光声成像纳入这种内窥镜设计中。 研究人员增加了光声成像技术，增加了一种非常细的光纤，这种光纤带有对声音敏感的特殊传感头。由于市面上的光纤声学传感器对这种应用不够敏感或太小，研究人员使用了一种由Beard的研究团队最近开发的一种非常敏感的光纤传感器。研究人员解释，通过聚焦光斑能够逐像素地构建图像，同时也增加了荧光和光声信号的强度，因为它将光集中在聚焦光斑上。这种集中的光与灵敏的探测器相结合，使得每像素只使用一个激光脉冲就能获得图像，而商用光纤声学传感器则需要很多激光脉冲。
      研究人员们制作了一个微型内窥镜的样品，其尺寸仅为250um×125um，并用这两种成像方式对荧光珠和血细胞成像。成功地检测到多个1um荧光珠和单个6um的红细胞。 其他科学家已经在啮齿类动物的大脑中进行了荧光内窥镜检查，研究人员相信他们的双模装置也能够在类似的条件下工作。目前，他们现在正在继续提高设备的图像获取速度。

研究人员展示了他们的新设备，用它来成像荧光珠(绿色)和红细胞(红色)。