创新的内窥镜成像系统可检测多种荧光示踪剂

对于实体癌患者，内窥镜手术是去除肿瘤的主要治疗选择之一。然而，即使手术切除后残留少量癌细胞，癌症复发的风险也很高。为了防止这种情况发生，研究人员开发了荧光引导手术 (FGS)。在 FGS 中，患者被注射优先结合肿瘤细胞的荧光探针，使外科医生能够在发射必要激发光的专用内窥镜的帮助下轻松识别病变。

不幸的是，肿瘤可能具有高度异质性，单个荧光探针不足以检测所有肿瘤。因此，FGS 的前沿之一是使用多种荧光探针(又名“示踪剂”)的混合物来检测更广泛的肿瘤，并减少假阳性和假阴性。尽管在这个方向上取得了一些进展，但临床认可的内窥镜都经过优化，只能检测一种示踪剂。此外，目前正在开发的多示踪仪体积庞大，因为它们需要多个成像传感器和光学组件。

在最近 发表在 《生物医学光学杂志》 (JBO) 上的一项研究中，伊利诺伊大学香槟分校的一个研究小组报告了一种新型内窥镜成像系统，其设计可以大大加快多示踪剂 FGS 的采用。

该设计的核心是创新的六色仿生成像传感器 (BIS)，研究人员根据螳螂虾的视觉系统对其进行建模。该传感器由三层垂直堆叠的光电探测器组成，上面覆盖着两个不同滤光片的棋盘状排列;一个过滤可见光，另一个过滤近红外 (NIR) 光。

结果是单芯片相机可以有效地捕获六个不同光谱通道上的光，从而使其能够检测到来自被成像组织的荧光发射的最细微差异。就其性能而言，该 BIS 可以区分发射峰相距仅 20 纳米 (nm) 的荧光示踪剂。目前临床认可的成像仪器无法实现这样的壮举。

为了能够有效地使用 BIS，研究人员还必须设计合适的激发光源来激活荧光示踪剂。为此，他们使用连接到三个独立光源的定制分叉光纤——一个白色 LED 和两个 665 和 785 nm 的 NIR 激光器。研究人员在刚性内窥镜的起始处耦合了光纤的组合输出。通过这种方式，通过使用单个成像传感器和单个光输入，他们使该设备比其他多示踪剂成像系统体积更小。

研究人员进行了表征和基准测试，以确定该设备的空间分辨率和灵敏度。此外，他们还 对乳腺癌小鼠模型进行了体内实验。这些小鼠注射了 680 nm 示踪剂、800 nm 示踪剂或两者的等量混合物。所提出的系统可以清楚地区分单个示踪剂和混合物产生的荧光特征。

为了展示他们内窥镜的临床潜力，研究人员用它对刚从患者身上切除的肺癌结节进行成像。尽管这些患者只注射了一种荧光示踪剂，但所提出的装置仍然能够准确地区分恶性结节和健康组织。

总的来说，研究人员取得了重要的工程突破，这将为采用多示踪剂 FGS 铺平道路。由于其更高的空间分辨率和检测荧光发射微小变化的卓越能力，拟议的内窥镜成像系统将帮助医生更轻松地检测更小或隐藏的肿瘤。

运气好的话，这将提高可手术癌症患者的长期生存率。