消化道内的微循环状态是医学上重要生理特征，微循环状态异常不仅与消化道炎症、肿瘤等疾病相关，还为脓毒症等循环障碍疾病诊断提供了重要的判断依据。现有医用内窥镜只能观察浅层微血管结构，不能提供血氧饱和度、血流速度等功能信息，难以满足临床需求。光声成像利用脉冲激光激发生物组织产生超声信号，通过超声传感器探测超声信号重建出生物组织图像，不仅能够提供高对比度的血管图像，还能实现血氧饱和度的量化表征。然而，传统上采用压电传感器探测超声信号，压电传感器存在尺寸与灵敏度之间制约关系，当用于内窥成像时，由于尺寸受限而无法提供足够的探测灵敏度。

图1 光纤光声内窥镜示意图

本团队研制出一种基于光纤技术的高灵敏度超声传感器，将超声信号转换为激光频率变化并进行信号放大，以光外差探测方式实现信号读出。该传感器只有头发丝般粗细，其灵敏度比同尺寸压电传感器高出两个数量级，并具有极好的抗干扰能力，能够在探头快速旋转时稳定工作，使得高性能光声内窥成像成为可能。

图2 大鼠直肠内不同位置处的光声内窥成像结果。

右侧第一列：血红蛋白浓度；右侧第二列：深度信息；右侧第三列：血氧饱和度。

光声内窥镜探头直径仅2毫米。探头内有两根光纤，其中一根光纤用于引导脉冲激光激发目标组织，另一根光纤用于探测生物组织发出的微弱超声信号。研究团队展示了大鼠直肠的内窥成像结果，不仅清晰地呈现动静脉分布，而且以高空间分辨率呈现出急性炎症状态下血液动力学过程。成像结果表明，在炎症发生后的90分钟内，肠道壁的血管发生充血效应，血管密度和血红蛋白浓度均有所增加。更为重要的是，该技术能够反映出目标区域内血氧饱和度的变化过程。

图3急性炎症下光声内窥成像结果。(a)光声成像结果；（b）统计表明炎症状态下的血氧饱和度发生显著提升；（c）炎症状态下血红蛋白浓度、血氧饱和度和血管密度等指标均有不同程度的变化，其中血氧饱和度变化更具显著性。

这种小尺寸光声成像探头易于与现有肠胃镜集成，可以通过现有肠胃镜的内部通道进入病人体内进行病灶检查，为消化道内微循环监测提供了新的影像学手段，具有重要的临床应用价值。

该成果由本团队与附属第一医院内镜中心合作完成，梁贻智副研究员为论文第一作者，关柏鸥教授和金龙研究员、附属第一医院内镜中心黄卫主任为共同通讯作者，香港城市大学王立代副教授为这项工作做出了贡献。该工作得到了国家自然科学基金（62122031, 62135006, 61860206002）、广东特支计划本土团队项目（2019BT02X105）、暨南大学学科交叉专项（21621104）等项目的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-35259-5