纳米光学内窥镜以高分辨率深入组织

基于内脏器官的疾病的诊断通常依赖于从受影响区域收集的活组织检查样品。但是由于当前内窥镜成像技术无法准确地可视化疾病部位，因此收集这样的样本是非常容易出错的。用于进入身体难以到达的区域(例如胃肠道和肺气道)的导管中的常规光学元件易于产生妨碍光学成像的全部能力的像差。

现在，马萨诸塞州综合医院(MGH)的内镜成像专家和哈佛John A. Paulson工程与应用科学学院(SEAS)的扁平metalens技术的先驱，已经联手开发了一种新的内窥镜成像导管 - 被称为纳米光学内窥镜 - 克服了当前系统的局限性。

该研究在Nature Photonics中有所描述。

MGH和哈佛医学院医学助理教授Melissa Suter说：“由于设计微型导管难以实现与大型台式显微镜相同的图像质量，许多尖端内窥镜显微镜模式的临床应用受到了阻碍。” HMS)和该论文的共同高级作者。“使用纳米光学导管将metalenses纳入他们的设计可能会改变光学导管设计的前景，从而导致内窥镜显微镜的质量，分辨率和功能的显着提高。这将最终提高临床实用性对活体患者细胞和组织微观结构的复杂评估。“

“基于平面光学的Metalenses是一项改变新技术的游戏，因为与传统光学相比，高分辨率成像所需的图像失真控制非常简单，传统光学需要多个复杂形状的镜片，”应用Robert L. Wallace教授Federico Capasso说。物理学和Vinton Hayes SEAS电气工程高级研究员和论文的共同高级作者。“我相信这将带来一种新的光学系统和仪器，在许多科学和技术领域具有广泛的应用”

“纳米光学内窥镜的多功能性和设计灵活性显着提升了内窥镜成像能力，并可能影响内部器官的诊断成像，”MGH和HMS的医学讲师，该论文的共同第一作者Hamid Pahlevaninezhad说。“我们展示了这种能力的一个例子，可以在极大扩展的焦点范围内实现高分辨率成像。”

为了证明纳米光学内窥镜的成像质量，研究人员对水果肉，猪和羊气道以及人体肺组织进行了成像。该团队表明，纳米光学内窥镜能够以比现有成像导管设计更高的分辨率成像到组织深处。

纳米光学内窥镜捕获的图像清楚地显示了果肉和组织层中的细胞结构以及猪和绵羊的支气管粘膜中的细腺。在人类肺组织中，研究人员能够清楚地识别出与精细，不规则腺体相对应的结构，表明存在腺癌，这是最突出的肺癌类型。

“目前，我们无法控制设计用于成像的高分辨率镜片的材料，”SEAS的博士后研究员兼该论文的共同第一作者黄耀伟说。“元透镜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散光，并实现非常精细的光线聚焦。因此，我们可以通过扩展景深实现非常高的分辨率，而无需复杂光学元件。“

接下来，研究人员旨在探索纳米光学内窥镜的其他应用，包括偏振敏感的纳米光学内窥镜，可以对比具有高度组织结构的组织，如平滑肌，胶原蛋白和血管。