基于內(nèi)臟器官的疾病的診斷通常依賴于從受影響區(qū)域收集的活組織檢查樣品。但是由于當前內(nèi)窺鏡成像技術(shù)無法準確地可視化疾病部位，因此收集這樣的樣本是非常容易出錯的。用于進入身體難以到達的區(qū)域(例如胃腸道和肺氣道)的導管中的常規(guī)光學元件易于產(chǎn)生妨礙光學成像的全部能力的像差。

現(xiàn)在，馬薩諸塞州綜合醫(yī)院(MGH)的內(nèi)鏡成像專家和哈佛John A. Paulson工程與應用科學學院(SEAS)的扁平metalens技術(shù)的先驅(qū)，已經(jīng)聯(lián)手開發(fā)了一種新的內(nèi)窺鏡成像導管 - 被稱為納米光學內(nèi)窺鏡 - 克服了當前系統(tǒng)的局限性。

該研究在Nature Photonics中有所描述。

MGH和哈佛醫(yī)學院醫(yī)學助理教授Melissa Suter說：“由于設計微型導管難以實現(xiàn)與大型臺式顯微鏡相同的圖像質(zhì)量，許多尖端內(nèi)窺鏡顯微鏡模式的臨床應用受到了阻礙。” HMS)和該論文的共同高級作者。“使用納米光學導管將metalenses納入他們的設計可能會改變光學導管設計的前景，從而導致內(nèi)窺鏡顯微鏡的質(zhì)量，分辨率和功能的顯著提高。這將最終提高臨床實用性對活體患者細胞和組織微觀結(jié)構(gòu)的復雜評估。“

“基于平面光學的Metalenses是一項改變新技術(shù)的游戲，因為與傳統(tǒng)光學相比，高分辨率成像所需的圖像失真控制非常簡單，傳統(tǒng)光學需要多個復雜形狀的鏡片，”應用Robert L. Wallace教授Federico Capasso說。物理學和Vinton Hayes SEAS電氣工程高級研究員和論文的共同高級作者。“我相信這將帶來一種新的光學系統(tǒng)和儀器，在許多科學和技術(shù)領(lǐng)域具有廣泛的應用”

“納米光學內(nèi)窺鏡的多功能性和設計靈活性顯著提升了內(nèi)窺鏡成像能力，并可能影響內(nèi)部器官的診斷成像，”MGH和HMS的醫(yī)學講師，該論文的共同第一作者Hamid Pahlevaninezhad說。“我們展示了這種能力的一個例子，可以在極大擴展的焦點范圍內(nèi)實現(xiàn)高分辨率成像。”

為了證明納米光學內(nèi)窺鏡的成像質(zhì)量，研究人員對水果肉，豬和羊氣道以及人體肺組織進行了成像。該團隊表明，納米光學內(nèi)窺鏡能夠以比現(xiàn)有成像導管設計更高的分辨率成像到組織深處。

納米光學內(nèi)窺鏡捕獲的圖像清楚地顯示了果肉和組織層中的細胞結(jié)構(gòu)以及豬和綿羊的支氣管粘膜中的細腺。在人類肺組織中，研究人員能夠清楚地識別出與精細，不規(guī)則腺體相對應的結(jié)構(gòu)，表明存在腺癌，這是最突出的肺癌類型。

“目前，我們無法控制設計用于成像的高分辨率鏡片的材料，”SEAS的博士后研究員兼該論文的共同第一作者黃耀偉說。“元透鏡的主要優(yōu)點是我們可以設計和定制其規(guī)格以克服球面像差和散光，并實現(xiàn)非常精細的光線聚焦。因此，我們可以通過擴展景深實現(xiàn)非常高的分辨率，而無需復雜光學元件。“

接下來，研究人員旨在探索納米光學內(nèi)窺鏡的其他應用，包括偏振敏感的納米光學內(nèi)窺鏡，可以對比具有高度組織結(jié)構(gòu)的組織，如平滑肌，膠原蛋白和血管。