Photoacoustics | “胶囊内窥镜”的火眼金睛：多视角光声成像技术深入洞察生命奥秘

星标“医工学人”，第一时间获取医工交叉领域新闻动态~

这项研究的革命性意义在于，它通过系统性的创新，同时解决了现有光声内窥镜在探头小型化、扫描灵活性、成像速度和图像质量等多个核心难题，并首次在多种活体模型乃至人体中展示了其强大的多场景适用性。

人体内部的腔道形态各异，有的是管状（如肠道），有的是囊状（如口腔），有的是不规则形状（如宫颈）。传统内窥镜探头往往只有一个固定的前视或侧视视角，难以适应所有场景。 该研究最大的亮点在于其模块化、可切换的多视角设计。研究团队将核心的光学扫描模块（一个微机电系统MEMS微振镜）集成在一个直径仅5.5毫米、长16毫米的“胶囊”主体中，并为其设计了三种可轻松替换的成像“镜头盖”：一个用于前向成像（0°），一个用于斜向成像（30°），一个用于侧向成像（90°）。这种设计极大地增强了内窥镜的灵活性和普适性，使其能够根据不同的诊断需求，轻松切换视角，对各种形态的组织表面进行最佳角度的成像。

图1：Multi-PAE系统概念与多视角探头设计（改编自论文图1）

图片说明：该图全面展示了Multi-PAE系统的设计。a图描绘了其在消化道、生殖系统和口腔等多种场景的应用潜力。b-e图则详细展示了其核心的胶囊式探头，特别是通过更换前端反射镜（d, e）来实现前视、斜视和侧视等不同成像模式的巧妙设计。

要在动态的人体环境中获得清晰的图像，扫描速度至关重要。同时，扫描光斑的分布均匀性直接决定了图像质量和安全性。传统扫描方式往往在视场中心过度扫描，而在边缘扫描不足，容易造成图像伪影和中心区域的组织热损伤。 为此，研究团队提出了一种全新的**“复合双螺旋谐振扫描”（CDSRS）策略。该策略巧妙地结合了阿基米德螺线和费马螺线两种扫描轨迹，使得激光光斑能够在整个视场内进行近乎均匀的、高速的（每秒6帧三维图像）**扫描。这不仅显著提升了图像的清晰度和保真度，更重要的是，它避免了能量在中心区域的过度累积，大大提高了成像的安全性。

图2：复合双螺旋谐振扫描（CDSRS）策略及其优势（改编自论文图2）

图片说明：该图清晰地对比了不同扫描模式的优劣。a图的传统阿基米德螺线（AS）扫描在中心区域过于密集。而c图的复合双螺旋（A-FS）扫描模式，其扫描点分布则均匀得多。d图和e图的定量分析进一步证明，新策略将中心区域的能量累积降低了约50%，显著提升了安全性。

通过搭载双波长激光器，Multi-PAE不仅能“画”出精细的血管形态图，更能实时计算出血管内的血氧饱和度（sO₂）和总血红蛋白浓度（CtHb）。这一“功能成像”能力是其超越传统内镜的又一大利器，因为血氧水平的异常变化往往是炎症、缺血和早期肿瘤等病变的关键生理指标。

图3：Multi-PAE在兔宫颈炎模型和人体口腔中的成像应用（改编自论文图4和图5）

图片说明：该图展示了Multi-PAE强大的临床前和临床应用潜力。左侧（改编自图4）为兔宫颈炎模型，清晰地展示了炎症过程中血管形态和血氧饱和度的动态演变。右侧（改编自图5）为人体口腔成像，展示了对颊黏膜、牙龈等部位微血管的超高分辨率成像能力。

这项技术的进步是系统性的：它不仅在探头形态上实现了前所未有的灵活性和普适性，更在成像性能（速度、均匀性、功能性）上树立了新的标杆。其在多种动物模型、特别是在人体上取得的成功，雄辩地证明了其巨大的临床转化潜力。可以预见，Multi-PAE技术未来有望在消化道早期癌症筛查、妇科炎症性疾病诊断、口腔疾病监测乃至重症监护和术中引导等多个领域发挥革命性的作用，让医生能够更早、更准、更深地洞察疾病的本质，为无数患者带来福音。