探针固定设计方案[探针设计原则]

　　▎药明康德/报道

　　几十年来，光学散射成像技术（optical scatter imaging）一直是使用内窥镜和腹腔镜进行医学诊断的基础：医师们利用组织颜色和反射率信息检测病人，然后用来决策活检位置以及确定哪些具体病理可以获得实时诊断。

▲医师们利用光学散射的组织特异性和散射信号来诊断癌症（图片来源：《Nature Biomedical Engineering》）

　　虽然光散射（light scatter）原理在细胞中的源头很复杂，但是科学家们大多认为是其来自于构成细胞的亚显微结构以及细胞外基质。散射信号一般具有角度扩散和光谱形状，基于吸收效应分离出的这些散射信号提供了关于细胞变化的关键信息，例如特异性癌症病理信息。

　　事实上，针对疾病的诊断就是由这些细胞相关组织变化而获得相关指导性信息的，临床中这些变化通常在组织固定后，后续的离体病理学染色切片中被观察到。然而，医学研究人员一直渴望研发出能够针对患者原位检测和体内分离这些散射信号的装置，并且期望可特异性地放大光学反射的最关键部分，最终减少对离体病理学的需求。

　　以胰腺癌为例，它往往在晚期阶段才被发现，预后性差。其中约五分之一的胰腺癌病发源于胰腺囊性病变。然而，并不是所有的病变都是癌前病变，目前的成像工具缺乏足够的准确性来区分癌前期和良性囊肿。因此，是否采纳手术切除通常依赖于内窥镜超声波引导的细针抽吸（EUS-FNA）。遗憾的是，囊肿液通常含有很少的细胞，流体化学分析缺乏准确性 ，于是通常导致一些可怕且不幸的后果：可能对良性囊肿进行了不必要的胰腺手术；或者忽略了癌前病变，疾病进一步恶化。

　　最近，来自哈佛大学（Harvard University）与麻省总医院（Massachusetts General Hospital）的科学家和工程师们发明创造了一种新颖的光学光谱技术：这是一种空间门控光纤探针，可预测常规超声波引导的细针抽吸（EUS-FNA）诊断过程中胰腺囊性病变的恶性潜能。这一成果发表在了近日的《自然》子刊《Nature Biomedical Engineering》上。

▲常规超声波引导的细针抽吸（EUS-FNA）联合空间门控光纤技术的新器械（图片来源：《Nature Biomedical Engineering》）

　　研究者通过双盲试点研究证明，空间门控散射光学技术可以帮助医师们区分胰腺囊肿的良性或恶性状态。这一超声波引导的细针抽吸（EUS-FNA）技术的简单性使其操作起来变得容易，但其设计理念却是安全基于针对光物理学（光和组织之间的相互作用）的深刻理解。

▲研究人员使用两个紧密间隔的聚光光纤来归一化散射信号（图片来源：《Nature Biomedical Engineering》）

　　例如，因为信号的角度扩散和散射特征取决于采样区域的宽度，研究人员通过使用两个紧密间隔的聚光光纤来归一化散射信号，用于估计后向散射（部分来自细胞核）。该方法抑制了来自频谱的较大多重分散信号，并且足够强大以提供高的信噪比，因此限制了在常规临床环境中可能会失败的高级探针的需要。这一方法的核心技术是空间门控，也就是说，在更广泛漫射的光子中选择弱散射光子。极化门控、时间门控、相干门控或角度门控可以具有相似的效果。

　　研究人员在25例患者的双盲前瞻性研究中，体内测量了14个囊肿，术后13例，术后确诊率达95％，95％置信区间为78-99％。我们很高兴看到这一优化的探针具有临床诊断胰腺病变的巨大潜力，期望其进一步获得完善提高，造福全球癌症患者。

　　参考资料：

　　[1] Light scattering spectroscopy identifies the malignant potential of pancreatic cysts during endoscopy

　　[2] Cancer diagnostics: Light scattering by pancreatic cysts