撰稿人 | Theo（中科大 博士生）

實時診斷，而不是幾天后

癌癥很難從身體中消除，因為惡性腫瘤通常潛伏在健康組織中。在切除癌性腫瘤時，外科醫生必須小心地盡可能多地切除腫瘤——如果沒有完全切除，它會像雜草一樣重新生長。

此前，科學家發現可以通過相干反斯托克斯拉曼散射（CARS）、二次諧波產生（SHG）和雙光子激發熒光（TPEF）三種成像方式的組合來識別惡性腫瘤。但是因為尺寸要求和脈沖激光在光纖中傳輸的過程中耗損并丟失信號，多模態非線性內窺鏡檢查在人體中應用是非常困難的。

因此，目前癌細胞的識別只能在術后進行，將組織通常通過活檢取出，染色后在顯微鏡下檢查——這個過程需要幾天后。

圖1：用于微創檢查的光纖探頭（圖源：耶納萊布尼茨光子技術研究所）

鑒于上述難題，來自德國萊布尼茲光子技術研究所與德國GRINTECH公司的研究人員結合智能和超緊湊光學概念，開發了一種特殊的微結構光纖，展示了基于該光纖的多模態內窺鏡。內窺鏡探頭在手術過程中可以實時在體內看到腫瘤邊緣。通過顯示形態學和生化信息，幫助醫生區分健康和惡性組織。該技術的出現標志著在手術過程中無需切割即可實時識別腫瘤組織向前邁進了一步。

該成果以“Multimodal nonlinear endomicroscopic imaging probe using a double-core double-clad fiber and focus-combining micro-optical concept”為題發表在 Light: Science & Applications。

用于微創檢查的靈活探頭 

該光纖由兩個低自體熒光的純硅單模核心組成。同時纖芯被嵌入直徑為60微米的摻氟二氧化硅包層中，隨后外層再覆蓋一層外徑為125微米的純二氧化硅包層，用于信號采集。為了在外包層中對采集到的信號進行導光，光纖上覆蓋了直徑230微米的摻氟聚合物層，從而形成了雙芯雙包層光纖。通過這種微結構可以保障高功率長皮秒激光脈沖的高透過率，實現低損耗。

圖2：光纖微結構（圖源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

除此之外，研究人員利用焦點組合微光學概念，在內窺鏡的尖端，線性衍射光學光柵可以接受全部信號，從而實現亞微米級別的分辨率與180微米的全視場成像。

圖3：內窺鏡物鏡的設計方案（圖源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

更精確地檢測腫瘤邊緣

該技術這不僅有助于提高癌癥患者康復的機會，而且還可以通過避免后續昂貴的治療，進而來節省衛生系統的可觀成本。據統計，目前幾乎每 10 次手術后，就會在頭頸部腫瘤中重新發現癌細胞。足見，這種新型的多模態圖像探頭在手術過程中清楚地識別腫瘤邊緣，為手術和內窺鏡檢查中的無標記組織診斷開辟新的可能性。

圖4：來自新型探頭的未染色生物樣本的多模態 CARS/SHG/TPEF 內窺鏡圖像，顯示了 CARS（第一列）、TPEF1（第二列）、標記的其他成像模式（第三列）和合并數據（第四列）。樣品包括來自頭部和頸部的人類上皮組織 (a)、羊的硬腦膜血管切片 (b) 、大蠟螟幼蟲切片 (c、d、e)（圖源：Pshenay-Severin et al. Light: Science & Applications (2021) 10:207）

論文信息：

Pshenay-Severin, E., Bae, H., Reichwald, K. et al. Multimodal nonlinear endomicroscopic imaging probe using a double-core double-clad fiber and focus-combining micro-optical concept. Light Sci Appl 10, 207 (2021).

https://doi.org/10.1038/s41377-021-00648-w

監制 |  趙陽

編輯 | 趙唯

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