Sci Adv | 梁贻智/关柏鸥与黄卫团队合作，利用先进光声内窥镜揭示结肠炎层级特异性血管-血氧功能变化

溃疡性结肠炎（UC） 是一种病因复杂的慢性肠道炎症。目前，临床上对于 UC 的评估主要依赖传统的白光内镜。然而，白光内镜仅能观察肠道表面的黏膜形态，无法定量评估微米级血管的病理改变，更无法获取深层组织的血氧代谢等功能信息。 UC 的精准诊疗一直面临黏膜深层病变 “ 看不见、测不准 ” 的挑战。随着临床上对 “ 组织学愈合 ” 概念的重视，急需一种能够跨越黏膜表层、深入评估血管功能的新型检测工具。

近日，暨南大学物理与光电工程学院梁贻智/关柏鸥团队与暨南大学附属第一医院黄卫团队合作，在 Science Advances 杂志上发表了题为 Advanced Photoacoustic Endomicroscopy Reveals Layer-Specific Angiogenesis-Oxygenation Uncoupling in Experimental Colitis 的研究论文。该研究开发了一套高分辨率的功能光声内窥镜系统（PAEM），揭示了结肠炎中黏膜层与黏膜下层血管增生与血氧供应的“解耦”现象。

一、独具匠心：微型功能光声内窥镜的研发

光声成像（ PAE ）长期以来面临探头尺寸与成像性能 “ 鱼与熊掌不可兼得 ” 的困境。传统光声内窥镜依赖体内机械旋转或微型电机驱动扫描，这不仅使得探头直径难以缩减至临床常用的 2.8 mm 活检通道内，更因扫描速度或传感器性能限制了图像的实时性和质量。

针对成像速度慢难题，研究团队提出了基于全光纤方案的 “ 化动为静 ” 的近端扫描架构。 系统巧妙地利用了含有 3 万根纤芯的高密度相干光纤束，将复杂的扫描机构从体内迁移至体外，利用 MEMS 微镜在光纤束后端进行超高速光学扫描。这种设计使探头末端在保持 2.5 mm 极致纤细的同时，肠道内部无任何机械运动部件，不仅极大地提升了临床操作安全性，实现了 1 Hz 体积成像帧率，能够在小尺寸下以前所未有的速度捕捉病灶内血氧动力学的瞬时变化。

图 1 （ a ）光声成像探头装置与成像示意图 ; (b) 结肠炎进展过程中对相同结肠微血管网络进行纵向光声监测图

如果说成像架构的革新解决了 “ 看得快 ” 的问题，那么光纤超声传感技术的突破则解决了 “ 看得深且准 ” 的瓶颈。 现有技术因超声探测带宽受限而导致轴向分辨率不足，而本研究引入了双模态光纤超声传感器，通过自延迟外差检测方案同步捕获光纤径向与呼吸两种振动模态，将有效带宽扩展至 40 MHz ，赋予了系统高达 67.5 微米的轴向分辨率。这意味着，临床医生不仅能看到血管的平面分布，更能在垂直深度上辨析 黏膜 层与黏膜下层之间仅有百微米级差异的血管纹理，为揭露层级特异性的病理演变提供了坚实的物理基础。进一步结合自行研发的双波长激发光源，实现在微秒级时间内完成 532 nm/558 nm 双波长脉冲的交替激发。这种高精度的时空同步能力，使 FPAEM 能够在提供高质量的三维结构成像同时，进一步量化微血管网络的血氧饱和度（ rsO₂ ），为疾病进展的早期预警构建了一个全新的工具。

该研究不仅在微型化集成上达到了工程极致，更在传感带宽、成像帧率及多参数量化维度上突破了现有技术，将内窥镜的功能从单纯的 “ 视觉延伸 ” 推向了 “ 量化诊断 ” ，为炎症性肠病的早期预警和药效评估构建了精准的光学工具。

二、纵深视角：揭示层级特异性的血管-血氧“解耦”

在 DSS 诱导的大鼠结肠炎模型中，研究人员观察到传统的白光内镜只能给出模糊的炎症分 级，而 FPAEM 能够穿透黏膜表面，分别量化黏膜层（ Mucosa ）和黏膜下层（ Submucosa ）的血管密度及血氧状态。团队利用 DSS 诱导的大鼠结肠炎模型进行了连续多天的在体成像，证实该系统能定量监测炎症全程的微血管重塑，血管密度与相对血氧饱和度（ rsO₂ ）与疾病活动指数及病理评分均呈正相关。

研究发现了一个有趣的现象 ——“ 层级特异性解耦 ” ：在结肠炎急性期，黏膜层的血氧饱和度迅速上升，并伴随黏膜下层血管显著增生，但这种增生并未能有效改善组织的缺氧状态（氧摄取分数未升高）。这种血管形态与功能的不匹配，在不同组织层级间展现出显著差异。

三、预见未来：迈向组织学愈合的高精度评估

图 2 白光内镜与光声成像结果对比图，经病理切片结果验证，表明光声内镜可以揭示更深层次的病理学信息

组织学恢复是溃疡性结肠炎（ UC ）期临床缓解的关键。对比发现，相较于传统的白光内镜评分，光声内窥镜凭借对血管管径与血氧代谢的敏锐捕捉，精准检出了黏膜下尚未愈合的隐匿病灶并获病理切片证实。由 PAEM 获取的血氧参数（ rsO₂ ）表现出更高的敏感性和特异性。 rO2 不仅能有效区分急性期与恢复期，还能评估黏膜愈合状态。当表面黏膜看似愈合时， PAEM 仍能通过检测深层组织是否处于氧代谢异常，有望成为评估 UC 组织学愈合的无创新标准。 该研究通过跨学科的技术突破，不仅为肠炎的微循环病理研究提供了强大的成像工具，也为内镜技术从单纯的 “ 表面形态观察 ” 向 “ 深层功能诊断 ” 的转变跨出了重要一步。未来，该团队计划进一步优化探头尺寸并开展临床转化研究，期待为结肠炎及癌症早筛患者带来更精准的诊疗方案。

李金莹、毕俊晔、张迪为论文共同第一作者，梁贻智、关柏鸥 、 黄卫为共同通讯作者，华南师范大学金龙为这项工作做出了贡献。

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec5942

制版人： 十一

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