什么是光纤显微内窥镜（Fiber Optic Microendoscopes）？

光纤显微内窥镜已经成为宝贵的成像工具，使内窥镜医生能够看到和描述以前无法想象的东西。本文将研究它们的历史、应用、最近的研究和发展、挑战以及未来的行业前景。

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光纤微型内窥镜概述

光纤显微内窥镜以光纤共聚焦扫描显微镜为基础，其中采用了光纤来传输和收集信号。此外，它在探针端使用一个成像镜头来产生高分辨率的成像。

由于其出色的灵活性和小直径，光纤显微内窥镜允许有价值的生物医学治疗，如体内神经成像、显微手术和微创诊断。

光纤显微内窥镜克服了传统显微镜的物理限制，实现了微创和局部的早期癌症检测和显微手术。

光纤显微内窥镜的历史
德国医生Philipp Bozzini在1806年发明了Lichtleiter（光导器）。这个装置采用蜡烛、镜子和窥镜来调查食道、鼻子和膀胱。该技术在接下来的几十年里继续发展，取得了一些进步，如使用透镜和小电灯来提高仪器顶端的放大率。

在20世纪，随着半柔性设备和内窥镜管的发展，进一步的进步是将冷光传送到体腔内。最后，在1957年，Larry Curtiss和Basil Hirschowitz开发了第一个光纤内窥镜，预示着光纤显微内窥镜的现代时代。

应用
原位细胞成像
光纤显微内窥镜是一种强大的、多功能的、具有成本效益的细胞原位成像方法，使其成为临床和生物医学研究的理想选择。在这些领域中，对微米级的细胞进行成像和光学刺激，其深度是传统显微镜所无法达到的。

用于显微手术的微内窥镜
纤维光学微内窥镜被引入用于三维体内成像，以调节飞秒脉冲光束用于显微手术。高分辨率的三维成像提供了详细的信息，使活检得以精确进行，以防止并发症。

活体神经元成像
一个多模光纤微内窥镜可以在一端产生一个小的荧光点，它可以在不移动光纤的情况下移动到组织的不同位置。在样品上扫描小光点会激发标记神经元活动的荧光化学物质。当单个光点的荧光通过光纤被送回时，就会产生一个神经元活动的图像。

挑战
一些光纤显微内窥镜通过将探头直接放在组织上产生图像，限制了对粘膜和表面上皮的成像。此外，光纤显微内窥镜不能完全对粘膜进行取样；因此很难获得准确的结果，尤其是在组织成分不同的身体区域。

最近的研究和发展
通过多模光纤微内窥镜进行人脑成像
阿姆斯特丹大学的研究人员开发了一种薄如人类头发的光纤微内窥镜，用于微创的深层脑组织成像，以观察大脑疾病的影响，如阿尔茨海默氏病。这种超薄的多模光纤微内窥镜可以很容易地装入针灸针中，可以对深层组织进行实时成像。

这项研究为无创的体内大脑成像和长期神经元活动监测奠定了基础。

莱斯大学的光纤显微内窥镜消除了不必要的活组织检查
由莱斯大学生物工程师设计的一种便携式、低成本、电池供电的光纤微内窥镜将使接受传统食道癌内窥镜筛查的患者不再需要进行昂贵的活检。

该微内窥镜可生成高分辨率图像和实时组织学数据，使内窥镜医生能够查看恶性肿瘤的细胞核和单个细胞，并在不进行活检的情况下排除恶性肿瘤。

三维光学活检
澳大利亚皇家墨尔本理工大学的研究人员利用目前的光纤微内窥镜技术制作了组织的显微三维图像。

该技术是基于光场成像的原理，即多个摄像头从略微不同的角度观察同一图像。除了医疗应用外，微内窥镜成像系统还可用于生物研究中的体内三维荧光显微镜检查。

新的探针设计改善了生物医学成像
来自丹麦技术大学和西澳大利亚大学的研究人员证明，结合球面透镜和光纤（GRIN）的侧视探针（微内窥镜成像探针）在广泛的数值孔径范围内具有卓越的性能，能够实现更广泛的成像应用。

这种新颖的设计为低数值孔径、长工作距离的应用提供了机会，而且探头尺寸更小，制造更容易。所提出的设计增加了工作距离的性能，对于使用导管或针头包裹的侧视探头的应用尤其有希望。

光纤微内窥镜的未来
光纤显微内窥镜的未来将由微型透镜、光纤和光源的快速发展决定，它们将在多个光谱范围内实现三维生物成像。

这项技术的快速发展将导致显微镜和功能成像一体化的趋势，这将帮助内窥镜医生提高诊断的准确性，特别是恶性肿瘤的检测率。

自动化分析、可用性和功能方面的进一步进步，预计将有助于该技术的广泛采用和利用。因此，许多著名的研究和商业组织以不同的方法进行光纤显微内窥镜检查，正在投入大量资源使该技术公开化。

参考资料：

Boas, G. (2013). The Recent History of Endoscope Design: Way More than Candlelight and Specula. [Online]. BioPhotonics. Available at: https://www.photonics.com/Articles/The_Recent_History_of_Endoscope_Design_Way_More/a55310 (Accessed on December 21 2022).

Gu, M., Bao, H., & Kang, H. (2014). Fibre‐optical microendoscopy. Journal of microscopy, 254(1), 13-18. https://doi.org/10.1111/jmi.12119

Karnowski, K., Untracht, G., Hackmann, M., Cetinkaya, O., & Sampson, D. (2022). Superior Imaging Performance of All-Fiber, Two-Focusing-Element Microendoscopes. IEEE Photonics Journal, 14(5), 1-10. https://doi.org/10.1109/JPHOT.2022.3203219

Lochocki, B., Verweg, M. V., Hoozemans, J. J., de Boer, J. F., & Amitonova, L. V. (2022). Epi-fluorescence imaging of the human brain through a multimode fiber. APL Photonics, 7(7), 071301. https://doi.org/10.1063/5.0080672

Orth, A., Ploschner, M., Wilson, E. R., Maksymov, I. S., & Gibson, B. C. (2019). Optical fiber bundles: Ultra-slim light field imaging probes. Science advances, 5(4), eaav1555. https://doi.org/10.1126/sciadv.aav1555

Protano, M. A., Xu, H., Wang, G., Polydorides, A. D., Dawsey, S. M., Cui, J., ... & Anandasabapathy, S. (2015). Low-cost high-resolution microendoscopy for the detection of esophageal squamous cell neoplasia: an international trial. Gastroenterology, 149(2), 321-329. https://doi.org/10.1053/j.gastro.2015.04.055

The Optical Society. (2018). Ultrathin endoscope captures neurons firing deep in the brain: New fiber-based endoscope, tested in mice, poised to bring new insights into brain function. [Online]. ScienceDaily. Available at: www.sciencedaily.com/releases/2018/03/180326110031.htm (Accessed on December 21 2022).

Wang, B., Zhang, Q., & Gu, M. (2020). Aspherical microlenses enabled by two-photon direct laser writing for fiber-optical microendoscopy. Optical Materials Express, 10(12), 3174-3184. https://doi.org/10.1364/OME.402904

Wang, B., Zhang, Q., Chen, X., Luan, H., & Gu, M. (2020). Perspective of fibre‐optical microendoscopy with microlenses. Journal of Microscopy. https://doi.org/10.1111/jmi.12977

Written by  Owais Ali