可弯曲GRIN透镜拓宽了内窥探头的成像潜力

哈佛医学院及麻总百瀚的研究人员研发出了一种灵活的的针状内窥成像探头，能够对组织进行三维显微成像。研究人员同时研发出了一种柔性渐变折射率（GRIN）透镜，赋予了探针可弯曲性。

研究人员说，往常的GRIN透镜只能用作刚性成像探头，限制了其在某些领域的应用潜力。而新发明的柔性GRIN透镜探头的成功，颠覆了这一传统观念。

此次研发的柔性GRIN透镜及可弯曲内窥成像探头有多方面应用潜力。新型GRIN透镜的长程灵活性将扩大GRIN透镜显微内窥成像在研究和临床环境中的作用。

为了开发这种灵活的内窥镜探头，研究小组定制了直径500微米、长约100毫米的GRIN透镜。透镜细长、外层没有刚性外壳，能够在不发生折断的情况下灵活地弯曲约10度左右。研究人员将可弯曲GRIN透镜集成到了内窥成像探头中，并用该透镜进行了双光子荧光三维成像测试。

图1 将最新发明的基于GRIN透镜的内窥成像探头与一种可植入的微型设备相结合，组合成一种旨在快速评估各类癌症治疗方案有效性的装置。这一透镜装置目前正在小鼠身上测试，最终有望用于患者身上，快速找出治疗个体患者特定肿瘤的最佳治疗方案

研究人员将晶状体垂直放置，并模拟了探针用于内窥成像时透镜可能出现的光束偏转，从而模拟出透镜在实际使用中深入组织时发生的变形。实验结果表明，当探头一端发生6毫米的横向偏移时，分辨率和信号水平并未出现明显下降。

研究人员Guigen Liu说：“弯曲透镜时，携带图像信息的信道也会同时发生协同移动，就像在光滑弯曲道路上行驶的汽车会自动偏向外侧道路移动一样。尽管信号在移动时会发生部分扭曲，但信号仍然在很大程度上保持了顺序和形状等原本属性。这也就相当于保留了大部分的分辨率和信号信息。”

柔性内窥镜不需要从远端校准，因此保留了微创临床集成所需的探头本身的小空间占用特性。同时据Liu介绍，可弯曲GRIN探针简化了动物及人类等活体实验对象的内窥成像过程，因此更加实用。

用于显微成像的可弯曲GRIN透镜将应用领域拓宽到了刚性GRIN透镜无法触及的领域。例如，研究人员称，GRIN透镜非常适合集成到目前团队所设计的用于高通量癌症药物选择的微设备中。这种新型微设备的设计初衷是直接植入肿瘤中，携带少量、多达20种药物，研究人员将一个基于GRIN透镜的内窥镜直接插入到微型设备中，对肿瘤内部的荧光信号进行成像，以在不移除任何肿瘤组织的情况下测量各种药物的有效性。

“传统的活检往往只能获取静止图像，且返回结果的时间长达几天。”Liu说，“而我们此次研发的可弯曲丞相探头将获取结果的时间缩短到了几分钟，并且实现了对组织变化的动态成像检测，例如能观察随时间变化，肿瘤对治疗的反应。”

为了使这一探针更适用于临床应用，研究人员正在开发长度更长的可弯曲GRIN透镜，以达到更大的成像深度、实现更好的灵活性。研究人员还计划使用一种不影响灵活性的薄聚合物涂层，增强光学元件的机械耐久性。

此项研究发表于Optics Express（www.doi.org/10.1364/OE.468827）。