内镜兼容动态显微光学相干断层扫描技术实现人体气道虚拟活检新突破

《Frontiers in Medicine》：Imaging of human airways by endoscope-compatible dynamic microscopic optical coherence tomography

本文介绍内镜兼容动态显微光学相干断层扫描（dmOCT）技术在人体气道成像中的突破性应用。该技术通过分析细胞内细胞器运动产生的信号波动（Δz = 1.2 μm，Δx = 2.1 μm），无需外源性标记即可实现微观分辨率成像。研究证实dmOCT可清晰识别上皮细胞、基底膜增厚、炎症细胞浸润和肺癌原位转变等关键病理特征，且成像时间缩短至0.054秒（18.5帧/秒），为活体虚拟活检奠定技术基础。

　　

引言

显微成像技术是肺部疾病诊断的基石，但传统方法局限于活检和离体组织检查。动态显微光学相干断层扫描（dmOCT）作为一种无需外源性标记的显微分辨率成像技术，近期在离体小鼠组织中成功展示了气道组织的高对比度成像潜力。本研究旨在评估结合内镜成像的dmOCT技术在人体肺组织中的应用价值，通过对比组织学切片验证其识别气道病理特征的可行性。

材料与方法

研究采用定制内镜光学系统对手术切除的人体肺组织进行扫描。光学系统基于超连续谱光源（550–950 nm），轴向分辨率Δz = 1.2 μm，横向分辨率Δx = 2.1 μm（有效数值孔径NA=0.1）。动态对比通过分析时间序列图像的信号波动实现，将频率范围划分为三个通道：低频（<1.85 Hz，蓝色）、中频（1.85–7.78 Hz，绿色）和高频（7.78–24.81 Hz，红色）。研究还评估了将采集时间从1.35秒（150帧）缩短至0.054秒（6帧）对图像质量的影响。

结果

生理气道结构成像

dmOCT成功区分了纤毛细胞、杯状细胞等上皮成分，并通过颜色编码清晰呈现结缔组织中的血管（红色信号）、平滑肌细胞和腺体。组织压缩实验表明，通过调整聚焦深度可增强深层结构的信号捕获能力。

病理形态学改变检测

技术在炎症组织中识别出上皮内/上皮下免疫细胞浸润、基底膜增厚和上皮损伤等特征。在肿瘤样本中，dmOCT准确呈现了鳞状细胞癌的巢状结构、基底样癌的细胞-间质比例差异，以及结肠癌肺转移的腺体生长模式。

采集时间优化

将帧数减少至6帧后，通过调整频率带宽（0–9.3 Hz蓝，>9.3–27.8 Hz绿，>27.8–46.3 Hz红）并手动优化对比度，仍能保留关键形态学信息，但噪声水平有所增加。

讨论

本研究证实内镜dmOCT具备活体虚拟活检的应用潜力。相较于同步辐射成像或内镜共聚焦显微镜，该技术无需荧光标记或电离辐射。未来需通过自动频率带宽优化、三维体积扫描和运动伪影校正等技术改进，推动其在柔性内镜领域的临床应用。该技术有望为肺部炎症和肿瘤的病理机制研究提供新的可视化工具。