综述:内窥镜多模态光学成像的研究进展

【字体: 时间:2025年06月16日 来源:Optics & Laser Technology 4.6

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  这篇综述系统梳理了内窥镜多模态光学成像(Endoscopic Multimodal Optical Imaging)技术的最新进展,重点探讨了其将内窥镜微创优势与光学相干断层扫描(OCT)、光声成像(PAI/PA)、荧光成像(FLI)等高分辨率、高对比度成像技术结合的应用潜力。文章涵盖双模态、三模态及四模态成像的临床转化,为深部组织精准诊断提供了创新方案,同时展望了跨学科技术融合的未来方向。

  

内窥镜光学成像技术
内窥镜光学成像技术通过整合透镜、光纤等光学元件,利用光在生物组织中的反射、散射特性实现体内可视化。核心成像模式包括:光学相干断层扫描(OCT)可提供微米级分辨率的横断面图像;光声成像(PAI)结合光学对比度与超声穿透深度,实现血管和肿瘤的功能成像;荧光成像(FLI)则通过标记特定生物分子实现细胞级特异性检测。

双模态成像的突破
OCT与PAI的联用(OCT-PA)填补了单一成像深度与分辨率不可兼得的空白。例如,在心血管疾病中,OCT-PA能同时显示血管壁微观结构和脂质斑块成分,辅助评估斑块破裂风险。而OCT与荧光共聚焦显微内镜(OCT-FCM)的组合,已在消化道早癌筛查中实现黏膜层细胞异型性的实时鉴别,诊断准确率提升至92%。

三模态成像的协同效应
OCT-PA-FLI三模态系统通过硬件集成与数据融合,在泌尿系肿瘤手术中展现出独特价值:OCT定位肿瘤边界,PAI识别血流供应,FLI标记肿瘤特异性抗原,三者协同将手术切缘阳性率降低至5%以下。值得注意的是,该系统采用微型化探头设计(直径<2mm),解决了传统多模态内窥镜的器械冲突问题。

四模态成像的前沿探索
整合OCT-PA-FLI-超声(US)的四模态系统成为研究热点。在妇科领域,该技术能同步观测宫颈上皮层结构(OCT)、新生血管密度(PAI)、HPV感染标记物(FLI)及深层基质浸润(US),为宫颈癌前病变分级提供多维依据。然而,四模态系统的实时数据处理仍面临每秒TB级数据流的算力挑战。

未来挑战与展望
技术瓶颈集中于深部组织成像的信噪比优化与探头微型化。新型量子点荧光探针和自适应光学补偿算法的应用,有望将成像深度推进至5cm。临床转化需解决多模态图像标准化问题,而人工智能辅助的实时图像融合系统正在临床试验中验证其效能。随着超快激光器和CMOS探测器的发展,下一代内窥镜多模态系统或将在神经内镜和胎儿医学等场景开辟全新应用范式。

总结
内窥镜多模态光学成像通过“光学+声学+分子”的协同策略,正重塑微创诊疗的精度边界。从双模态的基础突破到四模态的临床探索,该技术持续推动着精准医学从宏观向微观尺度的跨越。未来,跨学科技术的“化学键合”将释放更强大的成像潜能,为人类健康缔造更多可能。

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