仿生内窥镜同时提供3-D可见和近红外图像

研究人员开发了一种新型的生物内窥镜，可以同时获取3-D可见光和近红外荧光图像。它的特色是一种光学设计，结合了人类视觉的高分辨率三维成像和螳螂虾同时探测多个波长的光的能力。

具有3-D成像能力的内窥镜可以帮助外科医生精确定位患病组织。添加荧光成像可以使癌组织点亮以便更容易地去除或突出在手术期间需要避免的解剖学的关键部分。

在光学学会（OSA）期刊中光学表达中国科学院的石晨勇及其同事对这种新型多模态内窥镜进行了描述和演示。虽然这是一个早期的演示，新的内窥镜的设计直接取代现有的内视镜不需要临床医生学习如何使用新仪器。

“现有的荧光三维内窥镜要求外科医生在手术过程中切换工作模式，以看到荧光图像，”史说。“由于我们的3d内窥镜可以同时获取可见和荧光3d图像，它不仅提供了更多视觉信息而且还可以大大缩短手术时间，降低手术风险。”

辅助机器人手术

虽然它可以用于任何内窥镜程序研究人员为机器人手术系统设计了新型多模态内窥镜。这些系统有助于提高微创手术的精度和准确性，并可以帮助外科医生在身体狭窄的区域执行复杂的任务。对于机器人手术，新的内窥镜提供的增强视觉信息可以帮助可能在不同房间的外科医生清楚地区分手术区域内的不同类型的组织。

“尽管今天的机器人手术系统要求外科医生就在附近，但基于这种多模态三维内窥镜的机器人手术有一天可能会让外科医生在很远的地方远程执行手术，”史教授说。“这将有助于解决医疗资源分配不均的问题，惠及医疗条件相对较差地区的人们。”

新的多模态内窥镜实现高分辨率三维成像，使用两种光学系统形成类似的双目设计人眼。但是，在这种情况下，光学设计既能适应人眼的可见光，也能适应荧光成像所需的近红外波长。这种光由一种受螳螂虾复眼启发的传感器探测，该传感器不仅能检测多光谱信息，还能识别偏振光。该传感器利用不同光谱响应和极化响应的像素来检测电磁光谱的多个部分。

为了获得高质量的3-D图像，双目光学系统必须具有两个具有完全相同参数的光学系统。“这对光学元件的处理精度的严格要求进行了严格的要求，”Shi表示。“我们能够使用精密光学处理来实现这种准确性，并将其与基于芯片的光谱技术组合，使得这种多模式3-D内窥镜成为可能。”

结合可见和荧光图像

为了测试新的内窥镜，研究人员分析了其分辨率，荧光成像能力和能够同时获得具有近红外和可见颜色信息的3-D图像。内窥镜表现良好，并实现了每毫米的7线对的分辨率可见光——与当今最好的3d内窥镜相同——在近红外照明下每毫米4对线镜。

然后，它们使用内窥镜获取可见的颜色和近红外线？三种浓度的吲哚菁绿色。这种近红外荧光标记由FDA批准并用于标记肿瘤组织。虽然人眼不能区分三种样品，但是可以使用多模式3-D内窥镜清楚地区分它们。研究人员还通过使用它来通过使用它来通过使用许多粗糙零件的玩具来测试内窥镜的3-D成像性能。内窥镜能够产生3D图像，即使在很长一段时间内也是在长期的观看之后的情况下没有引起眼睛疲劳的图像。

研究人员计划使用3-D内窥镜进行额外的生物和临床成像。他们还计划包含更多波长和感测偏振的能力，以提供更多的视觉信息。

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