如果你習(xí)慣定期進(jìn)行健康檢查，你可能很熟悉內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺鏡是一種成像設(shè)備，由相機(jī)和連接到長柔性管的光導(dǎo)組成，它對于獲取人體內(nèi)部的圖像特別有用。例如，胃鏡和結(jié)腸鏡被廣泛用于早期檢測和診斷疾病，如潰瘍和癌癥。

通常，內(nèi)窺鏡是通過將攝像機(jī)傳感器連接到探頭的末端使用光纖來制造的，這允許使用光傳輸信息。在使用攝像機(jī)傳感器的內(nèi)窺鏡的情況下，探頭的厚度增加，這使得內(nèi)窺鏡具有相當(dāng)大的侵入性，在做一些檢查的時候會很不舒服。​在使用光纖束的內(nèi)窺鏡的情況下，可以以更細(xì)的形狀制造，這將侵入性最小化，并讓患者的不適感大大減少。

然而，在傳統(tǒng)的光纖束內(nèi)窺鏡中，缺點(diǎn)在于，難以執(zhí)行高分辨率成像，因?yàn)楂@得的圖像的分辨率受到單個纖維芯的尺寸的限制。由于探頭尖端的反射，許多圖像信息也會丟失。此外，在纖維內(nèi)窺鏡中，由于薄探針尖端產(chǎn)生的強(qiáng)烈背反射噪聲，通常需要用熒光標(biāo)記目標(biāo)，特別是在具有低反射率的生物樣品中。

最近，由基礎(chǔ)科學(xué)研究所（IBS）分子光譜與動力學(xué)中心（CMSD）副主任CHOI Wonshik領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出高分辨率全息內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，能夠克服以前光纖內(nèi)窺鏡的局限性，并能夠重建高分辨率圖像，而無需將透鏡或任何設(shè)備連接到光纖束的末端。

超細(xì)全息內(nèi)窺鏡的實(shí)驗(yàn)裝置

這一成果是通過測量從物體反射并由光纖束捕獲的光波的全息圖像來實(shí)現(xiàn)的。研究人員首先通過將光聚焦到光纖束的單芯上來照明物體，并測量在離光纖一定距離處從物體反射的全息圖像。在分析全息圖像的過程中，通過校正每個光纖芯發(fā)生的相位延遲，可以以微觀分辨率重建目標(biāo)圖像。具體而言，開發(fā)了一種獨(dú)特的相干圖像優(yōu)化算法，以消除照明和檢測路徑中光纖引起的相位延遲，并以微觀分辨率重建目標(biāo)圖像。

由于開發(fā)的內(nèi)窺鏡沒有將任何設(shè)備連接到光纖末端，內(nèi)窺鏡探頭的直徑為350μm，比用于皮下注射的針更細(xì)。使用這種方法，研究人員能夠獲得空間分辨率為850nm的高分辨率圖像，遠(yuǎn)小于光纖束的纖芯尺寸。

研究人員繼續(xù)測試新的傅里葉全息內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，以成像小鼠的腸道絨毛結(jié)構(gòu)。即使在具有非常低反射率的生物樣品（如大鼠絨毛）中，也可以通過有效地去除探針的背反射噪聲來獲得高對比度圖像。此外，對測量的全息信息進(jìn)行后處理，可以從單個數(shù)據(jù)集重建深度分辨率為14μm的多深度3D圖像。

據(jù)悉，這種新型內(nèi)窺鏡的實(shí)際應(yīng)用將極大地改善我們以微創(chuàng)方式對人體內(nèi)部結(jié)構(gòu)成像的方式，患者不會感到任何不適。它還將打開直接觀察肺部微血管和最小氣道的可能性，這在現(xiàn)有技術(shù)中是不可能的�？茖W(xué)家們甚至建議，他們的新內(nèi)窺鏡的應(yīng)用可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出醫(yī)療領(lǐng)域，因?yàn)樗�可能有助于半�?dǎo)體和微處理器的工業(yè)檢查。

該研究發(fā)表在《自然·通信》（Nature Communications）上。

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