炎症性肠病的病程进展伴随复杂的微血管重塑与氧利用紊乱，而常规内镜技术仅能获取黏膜表面的形态信息，难以实现深度分辨的结构与功能同步量化评估，导致亚临床状态的病变难以被识别。研究团队研发了一套全光纤光声内窥显微系统，整合高密度光纤束扫描与宽带光纤超声探测技术，可实现高分辨率、高速的双波长容积氧合成像。团队在实验性结肠炎模型中完成了纵向在体监测，揭示了肠壁不同分层的血管生成与氧合解耦规律，验证了氧合指标对组织学黏膜愈合的优异诊断效能，为炎症性肠病的功能生物标志物开发提供了量化技术框架。

该研究由Jinying Li、Junye Bi、Di Zhang等研究者完成，Yizhi Liang、Wei Huang、Bai-Ou Guan担任通讯作者，论文题为All-fiber photoacoustic endomicroscopy reveals layer-specific angiogenesis-oxygenation uncoupling in experimental colitis，于2026年5月发表于Science Advances。

重要发现
01全光纤光声内窥显微系统的技术构建与性能验证
这套系统的核心设计围绕临床适配性与高分辨功能成像展开，探头外径控制在2.5mm，可直接适配标准内镜的器械通道。在光学扫描端，系统采用高密度光纤束作为光传输载体，将扫描机构置于探头近端，通过振镜系统选择性激发不同纤芯，最终经梯度折射率透镜聚焦投射至组织表面。这种近端扫描架构完全移除了探头远端的机械运动部件，大幅提升了成像稳定性与扫描速度，也降低了探头微型化的设计难度。

在超声探测端，团队集成了带宽扩展型光纤超声传感器，采用自延迟外差探测方案捕捉光纤的扭转与径向振动模态，在保持高探测灵敏度的同时拓展了探测带宽，可接收不同深度组织产生的宽带光声信号。传感器采用离轴布局并扩大探测孔径，在整个成像视场内实现了均匀的激发 - 探测耦合效率，保障了不同深度信号的一致性。

为实现氧饱和度定量检测，系统基于受激拉曼散射效应，从单一532nm激光源生成两个邻近波长的输出。这种单源双波长设计既简化了系统结构，又保证了两个波长的空间重合度与时间同步性，最大限度降低了波长相关的光学像差，且双波长在光纤束传输过程中保持光谱稳定，不会发生额外的非线性变化，保障了氧合计算的准确性。

系统整体成像性能优异：B扫描速率可达250Hz，对应1Hz的三维容积成像速率，可满足动态生理过程的实时监测需求；横向分辨率达7.7μm，轴向分辨率达67.5μm，可清晰分辨黏膜层微血管网络；系统光声信号信噪比超过20dB，保障了弱信号提取与定量分析的准确性。团队在大鼠肠道中开展二氧化碳吸入的低氧激发实验，验证了系统可实时捕捉组织氧合的动态变化，且能分辨黏膜层与黏膜下层不同的氧合动力学特征。同时为期14天的安全性评估证实，重复光声成像不会对肠道结构、屏障功能与全身生理造成可检测的不良影响。

定量分析显示，结肠炎病程伴随特征性的血管结构与功能变化。急性期炎症阶段，肠组织的血管密度、血管宽度、总血红蛋白含量与相对氧饱和度均显著升高，而代表组织氧利用效率的氧提取分数则呈下降趋势。这种 “血管增生伴随氧供升高、氧提取效率降低” 的特征，构成典型的血管生成 - 氧合解耦现象：炎症诱导的新生血管虽增加了血液灌注量，但血管结构发育不成熟，内皮连接不稳定，无法有效向组织间隙供氧，导致组织氧利用效率未随血管密度同步提升。

进入恢复期后，上述血管结构与氧合指标随炎症消退逐渐向基线回落，各项成像参数与疾病活动指数、组织学炎症评分、CD34标记的微血管密度均呈显著相关性，其中氧饱和度与血管密度两项指标和临床评分的相关性最为突出。

诊断效能评估结果显示，单参数中相对氧饱和度的诊断能力最优，血管密度次之，血管宽度与氧提取分数的单独诊断价值有限。整合血管密度与氧饱和度构建的多参数诊断模型，诊断效能显著优于单一参数，证明结构与功能指标的结合可更准确地区分炎症与正常组织状态。

血管结构层面，炎症诱导的血管增生主要集中在固有层，该层血管密度在急性期升高幅度最大，恢复期回落也最为显著；其余分层的血管密度在病程中波动幅度较小。免疫荧光染色结果也验证了这一规律，CD34阳性的新生血管主要分布在固有层区域，同时伴随上皮屏障破坏，与成像结果高度一致。

氧合功能层面，相对氧饱和度的升高在所有黏膜分层中均有体现，但不同分层的诊断价值存在差异。其中隐窝相关血管层的氧饱和度对炎症状态的诊断效能最高，固有层的诊断效能与之接近，浅表上皮层次之，黏膜下层的诊断效能相对最低。在隐窝相关血管层整合血管密度与氧饱和度指标构建的多参数模型，可获得该深度下最优的诊断性能。

这种结构与功能改变的分层差异，反映了结肠炎病理进展的空间规律：结构层面的血管重塑主要发生在靠近黏膜表面的固有层，而功能层面的氧代谢异常可延伸至更深的隐窝周围区域，这也解释了为何仅观察黏膜表面形态的常规内镜难以准确评估深层炎症状态。

研究针对内镜下呈现愈合表现的肠段，通过组织病理学评估将样本分为组织学愈合组与非愈合组，对比两组的成像参数与内镜评分差异。结果显示，常规白光内镜评分无法有效区分两组的组织学状态；血管结构相关参数中，仅血管宽度在两组间存在显著差异，血管密度与血红蛋白含量已无统计学区别；而相对氧饱和度指标在两组间呈现极显著差异，组织学未愈合组的氧饱和度显著高于真正愈合的组，说明即使血管结构已基本恢复正常，氧代谢异常仍然持续存在，这种结构-功能的不同步是亚临床炎症的重要特征。

相关性分析证实，相对氧饱和度与组织学愈合状态的相关性最强，远高于常规内镜评分与血管结构参数。分层分析进一步发现，两组的氧饱和度差异主要体现在浅表黏膜分层中，0~50μm与50~100μm深度的氧饱和度差异最为显著，对应深度的诊断效能也更高。这一结果证明，光声成像提供的氧合功能信息，可在常规内镜形态评估的基础上，进一步识别黏膜下的亚临床炎症，更准确地判断真实的组织愈合状态，为临床调整治疗方案提供更精准的依据，也有望减少不必要的活检操作。

创新与亮点
这项研究突破了传统消化道内镜仅能观测黏膜表面形态、无法同步获取深度分辨的微血管结构与氧代谢功能信息的局限，解决了现有光声内镜远端机械部件多、成像稳定性与速度不足的技术痛点。研究提出的近端扫描光纤束架构与带宽扩展光纤超声传感器，在2.5mm的微型探头尺寸下实现了微米级分辨率的高速容积功能成像，且具备优异的临床适配性与生物安全性。

在应用价值层面，该技术可在常规内镜检查过程中同步完成黏膜下微血管与氧合的定量评估，无需额外侵入操作。针对炎症性肠病场景，该技术不仅能辅助早期炎症识别，更能精准判断黏膜愈合的真实组织学状态，为疗效监测、预后评估提供在体功能生物标志物，有望降低活检率，提升诊疗精准度。

总结与展望
本研究开发的全光纤光声内窥显微系统，实现了高分辨率、高速的消化道分层结构与功能成像，在实验性结肠炎中揭示了血管生成与氧合的解耦规律，证实氧合指标是评估组织学愈合的精准标志物。未来可通过优化探头构型拓展应用场景，进一步提升成像深度与速度，结合多模态成像技术完善诊断能力，推动该技术向临床转化，为消化道疾病的精准诊疗提供新工具。

DOI:10.1126/sciadv.aec5942.