英国研究人员团队设计了一种新型内窥镜，该内窥镜使用声音和光在分子尺度上对组织样本进行成像，其基础是一个小到足以放入医用针内的探测器。 在他们的研究中， 夏文峰 和同事在 伦敦大学国王学院 和 伦敦大学学院（University College London） 改进了光声成像技术的几个关键方面——确保快速成像时间而不牺牲所需设备的尺寸。
光声内窥镜是一种尖端技术，它将超声波与光学内窥镜成像相结合来构建 3D 医学图像。 它的工作原理是通过内窥镜的光纤发出激光脉冲，这些脉冲被体内的微观结构吸收。 当它们吸收光的能量时，这些结构会产生声波——声波本身被压电超声探测器拾取并转换成图像。
该技术使研究人员能够挑选出各种微观结构：从单个细胞到 DNA 链。 它已经解决了纯光学内窥镜的许多局限性，包括它们无法穿透多层细胞。 然而，尽管有这些优点，光声内窥镜仍然面临着一个权衡：为了实现更高的成像速度，它需要更庞大、更昂贵的超声探测器，限制了其在微创手术中的适用性。
为了应对这一挑战，夏的团队引入了一种新方法。 设计——报告于 生物医学光学快报 – 首先具有一个“数字微镜”，包含近一百万个微镜阵列，每个微镜的位置都可以快速调整。 研究人员使用这种装置来精确塑造用于扫描样品的激光束的波前。
研究人员引入了一种体积小得多的光学微谐振器，而不是压电超声探测器。 该装置安装在光纤的尖端上，包含一个夹在一对专用镜子之间的可变形环氧树脂垫片。 传入的超声波使环氧树脂变形，改变镜子之间的距离。 当内窥镜对样本进行光栅扫描时，这会导致微谐振器的反射率发生变化。
当用第二束激光（沿着单独的光纤传送到内窥镜尖端）进行询问时，这些变化会改变沿着光纤反射回来的光量。 通过监测这些变化，该团队开发的算法可以建立样品的图像，并使用它们来计算如何调整扫描激光的波前以产生更优化的图像。 有了这些信息，数字微镜就会进行相应的调整，然后重复这个过程。
通过调整扫描激光束的焦距，内窥镜还可以从表面扫描样品，深度可达 20 µm，从而使 Xia 的团队能够实时构建优化的 3D 图像。
为了展示这些独特的功能，研究人员使用他们的设备对分布在大约 100 µm 区域的小鼠红细胞簇进行成像。 通过将光声扫描拼接在一起，内窥镜以每秒约 3 帧的速度生成细胞的 3D 图像。
基于他们的成功，夏和同事现在希望他们的内窥镜能够激发微创手术的新进展——让临床医生能够实时评估组织的分子和细胞规模的组成。 在未来的研究中，该团队将致力于探索人工智能如何帮助进一步提高光声成像速度。
