近日，俄罗斯莫斯科skoltech大学的研究人员在动脉硬块检测研发上取得了新的成果。他们使用的是一种称为“光声内窥镜”（Optoacoustic Endoscopy）的探头设备，可以滑入血管并通过将激光照射在动脉粥样硬化斑块上使它们像扬声器膜一样振动，以获得动脉粥样硬化斑块的准确分析。

这种检测方法将导致斑块以超声波的特征泄露其化学成分。如果这种方法取得临床试验认可，将大大提升机器人显微外科手术的成功率和医疗诊断的效率。

与CT扫描不同，光声成像不使用X射线或其他对身体有害的辐射方法。相反，它依赖于可见光和声音信号。光声技术将生物组织暴露于激光脉冲的环境下。某些分子（例如血红蛋白或胶原蛋白）会主动吸收激光脉冲的波长被，同时每个脉冲也会加热这些靶向分子（或生物标志物），在下一个脉冲到来之前的瞬间引起膨胀然后收缩。

生物标志物（Biomarker）是指一种可客观检测和评价的特性，可作为正常生物学过程、病理过程或治疗干预药理学反应的指示因子，作为个体化医疗的“关键词”之一，寻找和发现有价值的生物标志物已经成为当前医学领域的研究热点。

■艺术家对光声探头的概念描绘。探头进入血管以检查动脉粥样硬化斑块的成分。该设备将组成细胞暴露在各种激光波长下，并用麦克风拾取由此产生的振动（来源：Pavel Odinev/Skoltech）

周期性振荡有效地将标记变成微型扬声器，再通过发射超声波来显示它们的位置，超声波可以被灵敏的麦克风拾取。在安全性上，光声诊断的优势超越了辐射检测。另外，该技术还能通过改变激光波长来靶向生物标志物。超声波在生物组织中的衰减相当低，这意味着与光相比，它可以在信号减弱之前传播更远的距离，从而可以更深入地观察身体组织。

该研究的首席研究员、Skoltech大学光子科学与工程中心的教授Dmitry Gorin表示，现有的光声诊断系统体积过于庞大，无法引入人体。“有时激光无法穿透得足够深，所以必须在体内放置一个探头以便更仔细地观察血管或膀胱的内部，”Dmitry Gorin说，“新技术将有助于提高动脉粥样硬化斑块的检测速度，甚至可能对它们进行显微手术。探头必须非常薄，理想情况下应该没有任何电线。”

为此，研究人员正在制定最初由他们在英格兰的一组同事提出的设置。所讨论的探头由传输激光脉冲并带有薄膜的光纤制成。薄膜在其尖端被当作微型麦克风。在该系统中，一个激光脉冲到达探头尖端后穿过薄膜并激发特定分子。一旦生物标志物发出声波就会被薄膜吸收，然后第二个激光脉冲再从薄膜上读取信号。

“我们使用了100纳米的碳纳米管薄膜作为麦克风薄膜。为了通过激光从膜上读取信号，我们在纳米管层上沉积了二氧化钛和二氧化硅布拉格镜，”该研究的第一作者Nikita Kaydanov 说，“当镜子与膜一起振荡时会调制激光信号，从而实现读取数据。”

Skoltech大学的研究人员还采用了一种空心微结构波导，这种光纤的中心有一个沿其整个长度延伸的空气腔。使用这种光纤的好处在于它能够传输原本无法获得的中红外范围内的光。这有助于靶向其他生物标志物，例如碳水化合物、脂质和蛋白质，包括区分相对无害的动脉粥样硬化斑块和需要医疗护理的动脉粥样硬化斑块所需的生物标志物。

在这项研究中，该团队还获得了有关激光如何加热系统中的反射镜组件以及如何影响折射率的宝贵数据。“实验证明了使用激光脉冲从振荡的镜面涂层膜上读出信号的可行性，”Dmitry Gorin说，“然而在我们的案例中，生物标志物发出声波并不是薄膜移动的原因，而是由激光脉冲在穿过薄膜时损失的初始能量所造成的。”

据研究人员称，了解信号读出的工作原理和系统固有的“背景”信号将使他们能够尝试从环境中获取实际的超声波，以表明该探头设备可以正常工作。