近日，俄羅斯莫斯科skoltech大學(xué)的研究人員在動(dòng)脈硬塊檢測(cè)研發(fā)上取得了新的成果。他們使用的是一種稱為“光聲內(nèi)窺鏡”（Optoacoustic Endoscopy）的探頭設(shè)備，可以滑入血管并通過將激光照射在動(dòng)脈粥樣硬化斑塊上使它們像揚(yáng)聲器膜一樣振動(dòng)，以獲得動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的準(zhǔn)確分析。

這種檢測(cè)方法將導(dǎo)致斑塊以超聲波的特征泄露其化學(xué)成分。如果這種方法取得臨床試驗(yàn)認(rèn)可，將大大提升機(jī)器人顯微外科手術(shù)的成功率和醫(yī)療診斷的效率。

與CT掃描不同，光聲成像不使用X射線或其他對(duì)身體有害的輻射方法。相反，它依賴于可見光和聲音信號(hào)。光聲技術(shù)將生物組織暴露于激光脈沖的環(huán)境下。某些分子（例如血紅蛋白或膠原蛋白）會(huì)主動(dòng)吸收激光脈沖的波長被，同時(shí)每個(gè)脈沖也會(huì)加熱這些靶向分子（或生物標(biāo)志物），在下一個(gè)脈沖到來之前的瞬間引起膨脹然后收縮。

生物標(biāo)志物（Biomarker）是指一種可客觀檢測(cè)和評(píng)價(jià)的特性，可作為正常生物學(xué)過程、病理過程或治療干預(yù)藥理學(xué)反應(yīng)的指示因子，作為個(gè)體化醫(yī)療的“關(guān)鍵詞”之一，尋找和發(fā)現(xiàn)有價(jià)值的生物標(biāo)志物已經(jīng)成為當(dāng)前醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

■藝術(shù)家對(duì)光聲探頭的概念描繪。探頭進(jìn)入血管以檢查動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的成分。該設(shè)備將組成細(xì)胞暴露在各種激光波長下，并用麥克風(fēng)拾取由此產(chǎn)生的振動(dòng)（來源：Pavel Odinev/Skoltech） 

周期性振蕩有效地將標(biāo)記變成微型揚(yáng)聲器，再通過發(fā)射超聲波來顯示它們的位置，超聲波可以被靈敏的麥克風(fēng)拾取。在安全性上，光聲診斷的優(yōu)勢(shì)超越了輻射檢測(cè)。另外，該技術(shù)還能通過改變激光波長來靶向生物標(biāo)志物。超聲波在生物組織中的衰減相當(dāng)?shù)?，這意味著與光相比，它可以在信號(hào)減弱之前傳播更遠(yuǎn)的距離，從而可以更深入地觀察身體組織。

該研究的首席研究員、Skoltech大學(xué)光子科學(xué)與工程中心的教授Dmitry Gorin表示，現(xiàn)有的光聲診斷系統(tǒng)體積過于龐大，無法引入人體。“有時(shí)激光無法穿透得足夠深，所以必須在體內(nèi)放置一個(gè)探頭以便更仔細(xì)地觀察血管或膀胱的內(nèi)部，”Dmitry Gorin說，“新技術(shù)將有助于提高動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的檢測(cè)速度，甚至可能對(duì)它們進(jìn)行顯微手術(shù)。探頭必須非常薄，理想情況下應(yīng)該沒有任何電線?！?/p>

為此，研究人員正在制定最初由他們?cè)谟⒏裉m的一組同事提出的設(shè)置。所討論的探頭由傳輸激光脈沖并帶有薄膜的光纖制成。薄膜在其尖端被當(dāng)作微型麥克風(fēng)。在該系統(tǒng)中，一個(gè)激光脈沖到達(dá)探頭尖端后穿過薄膜并激發(fā)特定分子。一旦生物標(biāo)志物發(fā)出聲波就會(huì)被薄膜吸收，然后第二個(gè)激光脈沖再從薄膜上讀取信號(hào)。

“我們使用了100納米的碳納米管薄膜作為麥克風(fēng)薄膜。為了通過激光從膜上讀取信號(hào)，我們?cè)诩{米管層上沉積了二氧化鈦和二氧化硅布拉格鏡，”該研究的第一作者Nikita Kaydanov 說，“當(dāng)鏡子與膜一起振蕩時(shí)會(huì)調(diào)制激光信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)讀取數(shù)據(jù)?！?/p>

Skoltech大學(xué)的研究人員還采用了一種空心微結(jié)構(gòu)波導(dǎo)，這種光纖的中心有一個(gè)沿其整個(gè)長度延伸的空氣腔。使用這種光纖的好處在于它能夠傳輸原本無法獲得的中紅外范圍內(nèi)的光。這有助于靶向其他生物標(biāo)志物，例如碳水化合物、脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，包括區(qū)分相對(duì)無害的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊和需要醫(yī)療護(hù)理的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊所需的生物標(biāo)志物。

在這項(xiàng)研究中，該團(tuán)隊(duì)還獲得了有關(guān)激光如何加熱系統(tǒng)中的反射鏡組件以及如何影響折射率的寶貴數(shù)據(jù)?！皩?shí)驗(yàn)證明了使用激光脈沖從振蕩的鏡面涂層膜上讀出信號(hào)的可行性，”Dmitry Gorin說，“然而在我們的案例中，生物標(biāo)志物發(fā)出聲波并不是薄膜移動(dòng)的原因，而是由激光脈沖在穿過薄膜時(shí)損失的初始能量所造成的?！?/p>

據(jù)研究人員稱，了解信號(hào)讀出的工作原理和系統(tǒng)固有的“背景”信號(hào)將使他們能夠嘗試從環(huán)境中獲取實(shí)際的超聲波，以表明該探頭設(shè)備可以正常工作。