利用纳米光学技术实现内窥镜高分辨率成像

以内脏为基础的疾病的诊断通常依赖于从受影响的地区采集的活检样本。但是，由于目前的内镜成像技术无法准确地显示疾病部位，所以采集这样的样本是高度易错的。传统的光学元件，用于访问身体难以到达的区域，如胃肠道和肺气道，容易出现妨碍光学成像的全部能力的像差。 G_]
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现在，在马萨诸塞州综合医院（MGH）的内镜成像专家和哈佛大学约翰·保尔森工程与应用科学院（FASE）的扁平金属技术的先驱研究者们合作开发了一种新型的内窥镜成像导管，称为纳米光学内窥镜。很好的克服了现有系统的局限性。 ~\z\f}w  
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这项研究在《自然光子学Nature Photonics》中得到了描述。 ?*
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马萨诸塞综合医院和哈佛医学院的医学助理教授Melissa Suter说：“临床上采用了许多先进的内窥镜显微术模式，由于微型导管的设计难以达到与笨重桌面显微镜相同的图像质量。”Melissa Suter说，他是马萨诸塞州综合医院和哈佛医学院(HMS)医学助理教授，并且还是该论文的资深作者。使用纳米光学导管将金属元素纳入其设计将有可能改变光学导管设计的景观，从而导致内镜显微镜的质量、分辨率和功能的显著提高。这将最终提高临床实用性，可以先活体患者的更复杂的细胞评估和组织微观结构的研究。 >aZ$x/U+Iw  
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“基于平面光学的金属元素是一种改变规则的新技术，因为与传统光学相比，高分辨率成像所需的图像畸变的控制是简单的，这需要多个复杂形状的透镜。”Federico Capasso博士说。他是Robert L. Wallace应用物理学教授，并且还是Vinton Hayes Senior电气工程高级研究员，并且还是该论文的高级作者。“我相信，这将有助于实现一系列新的光学系统和仪器在科学和技术的许多领域有着广泛的应用。” f}'E|:Z 7k  
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“纳米光学内窥镜的多功能性和设计灵活性显著提高了内窥镜成像能力，并且可能会影响内脏器官的诊断成像，”马萨诸塞综合医院和HMS的医学讲师Hamid Pahlevaninezhad和该论文的第一作者说。“我们演示了这种技术的例子，以实现在延长的焦点深度上的高分辨率成像。” r$*p  
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为了证明纳米光学内窥镜的成像质量，研究人员对果肉、猪和绵羊气道以及人体肺组织进行成像。研究小组表明，纳米光学内窥镜可以比现有的成像导管设计提供更高分辨率的图像。 V}>0r+NL<  
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由纳米光学内窥镜拍摄的图像清晰地显示了猪和羊的支气管粘膜中果肉和组织层和细腺的细胞结构。在人类肺组织中，研究人员能够清楚地识别出与细小、不规则腺体相对应的结构，表明腺癌是最突出的肺癌类型。 ;,y9  
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“目前，我们在材料的控制下，我们无法控制设计高分辨率成像镜头，”Yao-Wei Huang,说，他是一名博士后研究员并且还是该论文的并列第一作者。“金属材料的主要优点是，我们可以设计和定制其规格，以克服球面像差和像散，并实现非常精细的焦点。其结果是，在不需要复杂光学元件的情况下，我们实现了具有扩展景深的非常高的分辨率。” av1*i3  
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接下来，研究人员的目的是探索纳米光学内窥镜的其他应用，包括极化敏感的纳米光学内窥镜，它可以对比具有高度组织结构的组织，如平滑肌、胶原和血管。 j_?U6$xi  
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来源：https://phys.org/news/2018-07-nano-optic-endoscope-deep-tissue-high.html（实验帮译）