最新研发内窥镜成像探头，增加工作距离，并能降低环境折射率影响

许多医疗场景都要求观察设备需要具有工作距离长、分辨率要求高和探头直径小的特点，此时光纤显微内窥镜则显得必不可少。一些在20年前的技术手段下无法看清的东西，如今借助显微内窥镜这一基础医疗诊断设备，已经能够实现充分的观察及描述了。而作为越来越重要的成像工具，显微内窥镜也有一些局限性。

近来，由来自ICTER、丹麦技术大学、西澳大学和萨里大学的研究人员报道了显微内窥镜研究的最新进展。结果显示，内窥镜成像探头——尤其是侧视成像探头，结合了GRIN光纤和球形透镜后，能够在整个数值孔径范围内完成高性能成像。这一进展为更广泛的成像应用开辟了道路，也使得内窥镜成像探头的性能甚至可与常用的单聚焦元件探头相媲美。

论文截图 | 参考文献[2]

光纤探头根据分辨率可粗略划分为三类。聚焦光斑大小在30-100 μm范围内的低分辨率高斯光束具有较深的成像深度，距离探头表面可达15毫米以上，多用来研究大型中空器官如上呼吸道等；而10-30 μm中等分辨率光束则在食管、小气道、血管、膀胱、卵巢或耳道成像方面广泛应用；而获得分辨率高于10 μm的光束难度较高，其潜在应用领域主要是动物模型研究等。

在开发探头时，研究人员必须在设计参数和成像性能之间进行权衡。具有大数值孔径（NA）的高分辨率光学系统往往需要较短的工作距离（WD），而如果减小探头直径，就难以获得高分辨率和更长的工作距离。这对于侧视探头尤为要紧——与正视探头相比，侧视探头所需的最小工作距离更长。如果探头被包裹在导管中，最小工作距离就会增加，因而限制最低分辨率和探头直径设计。

设计者们尽量减小探头直径，以减少样品扰动、提升患者舒适度。探头更小意味着导管更灵活，病人在检测过程中对内窥镜适应性更高。因此，最好的解决方案之一是使用单片光纤探头，其直径会受到光纤厚度的限制。得益于光纤焊接技术，这种探头易于制造，可以避免繁琐的对准和连接微光学元件过程。

普通侧视光学探头和混合 GRIN 光纤和球透镜设计的单片设计示意图 | 参考文献[2]

在他们论文的结论中还写道：“我们已经证明了GBLP探头在增加工作距离和侧视成像方面均有重大意义，同时还大大降低了探头环境折射率的影响。且与BLP或GFP探头相比，GBLP尺寸明显更小。这些优点使GBLP探头成为生物及医学研究中非常有潜力的成像工具。”

[1]https://phys.org/news/2022-10-microendoscopes-probe-biomedical-imaging.htmls

[2]https://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?tp=&arnumber=9870801

编译：绿洲

编辑：靳小明

排版：尹宁流

题图来源：Wikimedia Commons，melvil / CC BY-SA 4.0 （https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

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