比针更细的柔性全息内窥镜

如果你习惯定期进行健康检查，你可能很熟悉内窥镜。内窥镜是一种成像设备，由相机和连接到长柔性管的光导组成，它对于获取人体内部的图像特别有用。例如，胃镜和结肠镜被广泛用于早期检测和诊断疾病，如溃疡和癌症。

通常，内窥镜是通过将摄像机传感器连接到探头的末端使用光纤来制造的，这允许使用光传输信息。在使用摄像机传感器的内窥镜的情况下，探头的厚度增加，这使得内窥镜具有相当大的侵入性，在做一些检查的时候会很不舒服。​在使用光纤束的内窥镜的情况下，可以以更细的形状制造，这将侵入性最小化，并让患者的不适感大大减少。

然而，在传统的光纤束内窥镜中，缺点在于，难以执行高分辨率成像，因为获得的图像的分辨率受到单个纤维芯的尺寸的限制。由于探头尖端的反射，许多图像信息也会丢失。此外，在纤维内窥镜中，由于薄探针尖端产生的强烈背反射噪声，通常需要用荧光标记目标，特别是在具有低反射率的生物样品中。

最近，由基础科学研究所（IBS）分子光谱与动力学中心（CMSD）副主任CHOI Wonshik领导的研究小组开发出高分辨率全息内窥镜系统，能够克服以前光纤内窥镜的局限性，并能够重建高分辨率图像，而无需将透镜或任何设备连接到光纤束的末端。

超细全息内窥镜的实验装置

这一成果是通过测量从物体反射并由光纤束捕获的光波的全息图像来实现的。研究人员首先通过将光聚焦到光纤束的单芯上来照明物体，并测量在离光纤一定距离处从物体反射的全息图像。在分析全息图像的过程中，通过校正每个光纤芯发生的相位延迟，可以以微观分辨率重建目标图像。具体而言，开发了一种独特的相干图像优化算法，以消除照明和检测路径中光纤引起的相位延迟，并以微观分辨率重建目标图像。

由于开发的内窥镜没有将任何设备连接到光纤末端，内窥镜探头的直径为350μm，比用于皮下注射的针更细。使用这种方法，研究人员能够获得空间分辨率为850nm的高分辨率图像，远小于光纤束的纤芯尺寸。

研究人员继续测试新的傅里叶全息内窥镜系统，以成像小鼠的肠道绒毛结构。即使在具有非常低反射率的生物样品（如大鼠绒毛）中，也可以通过有效地去除探针的背反射噪声来获得高对比度图像。此外，对测量的全息信息进行后处理，可以从单个数据集重建深度分辨率为14μm的多深度3D图像。

据悉，这种新型内窥镜的实际应用将极大地改善我们以微创方式对人体内部结构成像的方式，患者不会感到任何不适。它还将打开直接观察肺部微血管和最小气道的可能性，这在现有技术中是不可能的。科学家们甚至建议，他们的新内窥镜的应用可以远远超出医疗领域，因为它可能有助于半导体和微处理器的工业检查。

该研究发表在《自然·通信》（Nature Communications）上。

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