在人體這個(gè)復(fù)雜精妙的“小宇宙”里，微循環(huán)堪稱默默運(yùn)轉(zhuǎn)的“幕后英雄”。對(duì)于危重癥患者而言，微循環(huán)的血流量、血氧飽和度等指標(biāo)，更是反映其身體狀況的關(guān)鍵信號(hào)，能為醫(yī)生的臨床診斷和治療決策提供重要依據(jù)。以往，顯微鏡是觀察體表微循環(huán)的常用工具。然而，只能呈現(xiàn)組織毛細(xì)血管的空間形態(tài)，對(duì)于血流速度、血氧飽和度等關(guān)鍵功能性信息卻無(wú)能為力，遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足臨床需求。消化道血管其實(shí)能更準(zhǔn)確地反映微循環(huán)狀態(tài)，可一直缺乏有效觀察的“利器”。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
光聲成像技術(shù)原理基于生物組織對(duì)脈沖激光的奇妙反應(yīng)：當(dāng)脈沖激光照射生物體內(nèi)時(shí)，生物組織吸收激光能量，產(chǎn)生熱彈性膨脹，進(jìn)而激發(fā)出超聲波，通過(guò)探測(cè)這些超聲波，就能繪制出生物組織的內(nèi)部圖像。這項(xiàng)技術(shù)的獨(dú)特之處在于，對(duì)比度源于血紅蛋白的內(nèi)源性吸收，這使得它能夠清晰地展現(xiàn)生物組織的血管結(jié)構(gòu)，比如小鼠腦皮層的血管分布。而且，利用不同血氧飽和度下血紅蛋白在吸收譜上的差異，選擇合適的雙波長(zhǎng)或多波長(zhǎng)激發(fā)光，就能像解鎖密碼一樣，計(jì)算出血氧飽和度，為醫(yī)生提供更多有價(jià)值的生理信息。

但是，現(xiàn)有的光聲內(nèi)窺成像技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也面臨挑戰(zhàn)。將光聲成像裝置集成到小型化探頭中，雖然可以深入消化道進(jìn)行內(nèi)窺成像，但由于探頭內(nèi)光學(xué)與超聲器件尺寸受限，就像在狹小空間里施展拳腳，很難同時(shí)兼顧高空間分辨率和高靈敏度，成像能力與體外光聲成像相比存在較大差距，無(wú)法滿足腸道微循環(huán)功能成像的需求。

技術(shù)創(chuàng)新與突破
高空間分辨率：微觀世界的 “放大鏡”
空間分辨率是衡量成像設(shè)備能否看清微小結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵指標(biāo)�？蒲腥藛T在活體成像前，對(duì)光聲內(nèi)窺探頭的空間分辨率進(jìn)行了嚴(yán)謹(jǐn)測(cè)試。將制作好的探頭安裝在步進(jìn)電機(jī)上，放入充滿去離子水的水箱中，并在水箱底部固定手術(shù)刀片。通過(guò)程序精確控制步進(jìn)電機(jī)，讓探頭沿著垂直于金屬刀刃邊緣的方向掃描。當(dāng)光斑掃描到刀刃上時(shí)，激發(fā)出的超聲信號(hào)強(qiáng)度會(huì)發(fā)生顯著變化。

科研人員基于這些變化，經(jīng)過(guò)復(fù)雜的計(jì)算，得出成像探頭的橫向分辨率達(dá)到了12.5μm。同時(shí)，通過(guò)對(duì)透鏡的數(shù)值孔徑以及工作波長(zhǎng)等因素的深入研究，確定了探頭的景深為1.2mm。這意味著在實(shí)際使用中，即使被成像物與焦點(diǎn)的距離有一定變化，該內(nèi)窺鏡也能像性能卓越的顯微鏡一樣，清晰呈現(xiàn)不同深度組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)。

成像實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
健康腸道成像：繪制清晰的“地圖”
在對(duì)健康小動(dòng)物腸道進(jìn)行內(nèi)窺成像時(shí)，科研人員挑選了質(zhì)量約300g的實(shí)驗(yàn)大鼠。實(shí)驗(yàn)前，對(duì)大鼠進(jìn)行禁食、麻醉、灌腸等預(yù)處理，以確保成像效果不受干擾。在成像過(guò)程中，將帶有水囊的套管伸入直腸，撐開腸道，減少褶皺對(duì)成像的影響，然后放入成像探頭進(jìn)行全角度掃描。通過(guò)單波長(zhǎng)激發(fā)，得到了血紅蛋白濃度分布的三維成像結(jié)果，清晰展示了大鼠腸道內(nèi)壁的血管結(jié)構(gòu)。

從展開后的二維圖像中，可以看到光聲信號(hào)強(qiáng)度與血紅蛋白質(zhì)量濃度呈線性關(guān)系，通過(guò)光聲信號(hào)強(qiáng)度就能準(zhǔn)確表征血紅蛋白的質(zhì)量濃度。同時(shí)，血氧飽和度的空間分布圖像清晰地呈現(xiàn)出內(nèi)壁動(dòng)靜脈血管的分布情況，研究還發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈血管大多在淺表層位置，而靜脈血管則相對(duì)更深。此外，對(duì)健康大鼠進(jìn)行連續(xù)7h的內(nèi)窺成像結(jié)果顯示，腸道血管內(nèi)的血氧飽和度沒(méi)有明顯變化，這進(jìn)一步驗(yàn)證了成像系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

深遠(yuǎn)意義與未來(lái)展望
新型光纖光聲內(nèi)窺鏡為腸道微循環(huán)監(jiān)測(cè)帶來(lái)了新的突破。能夠以無(wú)創(chuàng)的方式，清晰地呈現(xiàn)腸道內(nèi)壁血管的結(jié)構(gòu)和血氧飽和度的變化，為研究微循環(huán)障礙與心腦血管重癥救治提供了一種極具潛力的影像學(xué)手段。不過(guò)，目前該技術(shù)仍處于研究階段。未來(lái)，科研團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)努力提升內(nèi)窺鏡的成像能力和工程化水平，開展大型動(dòng)物實(shí)驗(yàn)，逐步攻克技術(shù)難題，朝著臨床診斷應(yīng)用的方向穩(wěn)步邁進(jìn)。相信在不久的將來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)會(huì)走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)醫(yī)院，推動(dòng)醫(yī)學(xué)事業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展。

DOI：10.3788/CJL221450