近日，俄羅斯莫斯科skoltech大學的研究人員在動脈硬塊檢測研發上取得了新的成果。他們使用的是一種稱為“光聲內窺鏡”（Optoacoustic Endoscopy）的探頭設備，可以滑入血管并通過將激光照射在動脈粥樣硬化斑塊上使它們像揚聲器膜一樣振動，以獲得動脈粥樣硬化斑塊的準確分析。
這種檢測方法將導致斑塊以超聲波的特征泄露其化學成分。如果這種方法取得臨床試驗認可，將大大提升機器人顯微外科手術的成功率和醫療診斷的效率。
與CT掃描不同，光聲成像不使用X射線或其他對身體有害的輻射方法。相反，它依賴于可見光和聲音信號。光聲技術將生物組織暴露于激光脈沖的環境下。某些分子（例如血紅蛋白或膠原蛋白）會主動吸收激光脈沖的波長被，同時每個脈沖也會加熱這些靶向分子（或生物標志物），在下一個脈沖到來之前的瞬間引起膨脹然后收縮。
生物標志物（Biomarker）是指一種可客觀檢測和評價的特性，可作為正常生物學過程、病理過程或治療干預藥理學反應的指示因子，作為個體化醫療的“關鍵詞”之一，尋找和發現有價值的生物標志物已經成為當前醫學領域的研究熱點。
■藝術家對光聲探頭的概念描繪。探頭進入血管以檢查動脈粥樣硬化斑塊的成分。該設備將組成細胞暴露在各種激光波長下，并用麥克風拾取由此產生的振動（來源：Pavel Odinev/Skoltech）
周期性振蕩有效地將標記變成微型揚聲器，再通過發射超聲波來顯示它們的位置，超聲波可以被靈敏的麥克風拾取。在安全性上，光聲診斷的優勢超越了輻射檢測。另外，該技術還能通過改變激光波長來靶向生物標志物。超聲波在生物組織中的衰減相當低，這意味著與光相比，它可以在信號減弱之前傳播更遠的距離，從而可以更深入地觀察身體組織。
該研究的首席研究員、Skoltech大學光子科學與工程中心的教授Dmitry Gorin表示，現有的光聲診斷系統體積過于龐大，無法引入人體。“有時激光無法穿透得足夠深，所以必須在體內放置一個探頭以便更仔細地觀察血管或膀胱的內部，”Dmitry Gorin說，“新技術將有助于提高動脈粥樣硬化斑塊的檢測速度，甚至可能對它們進行顯微手術。探頭必須非常薄，理想情況下應該沒有任何電線。”
為此，研究人員正在制定最初由他們在英格蘭的一組同事提出的設置。所討論的探頭由傳輸激光脈沖并帶有薄膜的光纖制成。薄膜在其尖端被當作微型麥克風。在該系統中，一個激光脈沖到達探頭尖端后穿過薄膜并激發特定分子。一旦生物標志物發出聲波就會被薄膜吸收，然后第二個激光脈沖再從薄膜上讀取信號。
“我們使用了100納米的碳納米管薄膜作為麥克風薄膜。為了通過激光從膜上讀取信號，我們在納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，“當鏡子與膜一起振蕩時會調制激光信號，從而實現讀取數據。”
Skoltech大學的研究人員還采用了一種空心微結構波導，這種光纖的中心有一個沿其整個長度延伸的空氣腔。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的光。這有助于靶向其他生物標志物，例如碳水化合物、脂質和蛋白質，包括區分相對無害的動脈粥樣硬化斑塊和需要醫療護理的動脈粥樣硬化斑塊所需的生物標志物。
在這項研究中，該團隊還獲得了有關激光如何加熱系統中的反射鏡組件以及如何影響折射率的寶貴數據。“實驗證明了使用激光脈沖從振蕩的鏡面涂層膜上讀出信號的可行性，”Dmitry Gorin說，“然而在我們的案例中，生物標志物發出聲波并不是薄膜移動的原因，而是由激光脈沖在穿過薄膜時損失的初始能量所造成的。”
據研究人員稱，了解信號讀出的工作原理和系統固有的“背景”信號將使他們能夠嘗試從環境中獲取實際的超聲波，以表明該探頭設備可以正常工作。
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