對于實體癌患者，內(nèi)窺鏡手術是去除腫瘤的主要治療選擇之一。然而，即使手術切除后殘留少量癌細胞，癌癥復發(fā)的風險也很高。為了防止這種情況發(fā)生，研究人員開發(fā)了熒光引導手術 (FGS)。在 FGS 中，患者被注射優(yōu)先結合腫瘤細胞的熒光探針，使外科醫(yī)生能夠在發(fā)射必要激發(fā)光的專用內(nèi)窺鏡的幫助下輕松識別病變。
不幸的是，腫瘤可能具有高度異質(zhì)性，單個熒光探針不足以檢測所有腫瘤。因此，F(xiàn)GS 的前沿之一是使用多種熒光探針(又名“示蹤劑”)的混合物來檢測更廣泛的腫瘤，并減少假陽性和假陰性。盡管在這個方向上取得了一些進展，但臨床認可的內(nèi)窺鏡都經(jīng)過優(yōu)化，只能檢測一種示蹤劑。此外，目前正在開發(fā)的多示蹤儀體積龐大，因為它們需要多個成像傳感器和光學元件。
在最近發(fā)表在《生物醫(yī)學光學雜志》(JBO) 上的一項研究中，伊利諾伊大學香檳分校的一個研究小組報告了一種新型內(nèi)窺鏡成像系統(tǒng)，其設計可以大大加快多示蹤劑 FGS 的采用。
該設計的核心是創(chuàng)新的六色仿生成像傳感器 (BIS)，研究人員根據(jù)螳螂蝦的視覺系統(tǒng)對其進行建模。該傳感器由三層垂直堆疊的光電探測器組成，上面覆蓋著兩個不同濾光片的棋盤狀排列;一個過濾可見光，另一個過濾近紅外 (NIR) 光。
結果是單芯片相機可以有效地捕獲六個不同光譜通道上的光，從而使其能夠檢測到來自被成像組織的熒光發(fā)射的最細微差異。就其性能而言，該 BIS 可以區(qū)分發(fā)射峰相距僅 20 納米 (nm) 的熒光示蹤劑。目前臨床認可的成像儀器無法實現(xiàn)這樣的壯舉。
為了能夠有效地使用 BIS，研究人員還必須設計合適的激發(fā)光源來激活熒光示蹤劑。為此，他們使用連接到三個獨立光源的定制分叉光纖——一個白色 LED 和兩個 665 和 785 nm 的 NIR 激光器。研究人員在剛性內(nèi)窺鏡的起始處耦合了光纖的組合輸出。通過這種方式，通過使用單個成像傳感器和單個光輸入，他們使該設備比其他多示蹤劑成像系統(tǒng)體積更小。
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