纤维内窥镜是利用光导纤维与透镜组合来完成传导光线与图像，经人体的天然孔道或手术切口进入人体，用于检查人体内部难以触及的组织结构的一种医疗器械。超声、CT和最近的MR等非侵入性成像工具显着提高了大规模筛查或诊断许多心血管疾病的能力。尽管这些成像平台的价值毋庸置疑，但许多心血管疾病的复杂性和异质性要求成像方法具有比无创技术更高的空间和时间分辨率。斑块侵蚀、裂隙和溃疡等动脉粥样硬化结构异常的少数例子超出了主流影像技术的分辨率，因此往往被忽略或忽视，从而无法准确估计易损程度。

同样，我们仍然不能确定是什么组织构成了病变或闭塞（例如，白色与红色栓子、血栓粥样斑块、为了提供最大的空间分辨率，在过去几年中出现了几种血管内平台，包括血管内超声 (IVUS) 和OCT。尽管它们对非常具体的适应症具有重要的临床和研究价值，但它们具有成像和技术局限性。

第三，IVUS图像分辨率很差，限制了解释复杂病变的能力，并且OCT图像受到伪影的显著限制。这两种单色成像平台对人眼来说都不直观，因为它们基于声波和近红外光反向散射。较差的分辨率和/或伪影使图像的解释极具挑战性，并保留给训练有素和经验丰富的个人。

VerAvanti正在开发一种称为扫描纤维内窥镜的新型医疗设备。获得专利的SFE为血管介入专家提供了减少视线差距的潜力，这对于主动诊断和治疗有中风和心血管事件风险的患者至关重要。公司官网：https://veravanti.com/

激光血管镜被开发成一组“血管内的眼睛”，使介入医生能够“真正”看到动脉和静脉内部情况。该技术基于扫描纤维内窥镜（下图) 并且可以提供血管内空间的直接、实时、高分辨率、真彩色图像。来自整个腔内环境（圆周和大景深）的图像以视频速率 (30Hz) 生成，没有明显的延迟，在典型成像距离（> 250,000 像素）下的空间分辨率约为12 μm。该分辨率转化为具有无与伦比的清晰度和清晰度的视频，从而实现微小目标的可视化并提高对心血管病变标志的识别。此外，腔内空间（或“管道下”）的实时前向视频可以在直接腔内可视化下指导干预。

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激光血管镜是一种“从头到脚”进行血管内成像的平台技术。作为机械血栓切除术的一部分进行的血管镜检查可能会通过显示导致闭塞的原因，例如红色（图2A）或白色（图2B）栓子，复杂的斑块和腔内血栓（图2C）来改善这些患者的颅内管理), 或解剖 (图2D)。颅外颈动脉血管镜检查可以指导选择最合适的血运重建策略（例如，图2E中的慢性钙化动脉粥样硬化与图2F中的急性血栓动脉粥样硬化），有助于鉴别狭窄和完全闭塞（图2G），诊断急性症状性非狭窄性颈动脉（图2H），并告知非并发症、无症状斑块的性质（图I）。

SFE技术通过主动扫描激光而不是漫射白光照明的被动成像来生成高分辨率、大FOV （Field of View）图像。低功率红色、绿色和蓝色 (RGB) 激光在SFE的近端组合，并使用同轴配置的单模光纤传输到远端。光纤扫描仪位于与光轴同心的内窥镜的远侧尖端，这允许通过透镜的中心部分进行衍射限制聚焦。当这个单根光纤的末端被一个小型压电致动器固定时，这个光波导的悬臂自由端可以在其机械共振附近振动。A小于±0.4毫米中心光纤在横向自由端偏转幅度可以投射扫描激光照明大于100°，全锥角实现宽FOV。可以在各种反射模式几何形状中实现激光的检测。

在描述共振频率F的等式中，ρ是纤维密度，E是弹性模量，R是半径，L是实心圆柱形纤维悬臂梁的长度。5至12kHz的典型第一模光纤共振频率分别用于直径为125至 80μm的固体熔融石英光纤的1mm导管镜。可以忽略管压电驱动器的机械共振，因为短管状结构的第一共振频率至少是光纤的第一机械共振频率的两倍。

悬臂直径是熔融石英单模光纤的标准125微米或80微米包层直径。不同的特种光纤可用于特定应用，例如用于无失真飞秒脉冲传输的空心光子晶体光纤 (PCF)。 悬臂长度是光纤超出管状压电致动器（压电管）远端的延伸部分，它决定了共振频率。通过电驱动扫描光纤横向共振基模附近的压电管，光纤尖端运动获得100到200的机械增益。

通过酸蚀刻将沿此光纤悬臂的横截面轴向轮廓从圆柱体塑造成更复杂的形状可以产生 30%到100%的额外收益。尽管如此，SFE的一般同轴设计非常适合超薄内窥镜的紧凑和简单设计。

2-二维共振扫描的调幅控制

大多数谐振机械设备以固定频率和振幅运行。SFE操作是非常规的，因为光纤悬臂被快速激发和主动阻尼。每个视频帧由三个不同的阶段组成：成像、主动破碎和自由衰减（下图)。

通过以向外生长的螺旋模式扫描图像平面来捕获每一帧。这种螺旋图案是通过在x和y图像平面轴上应用递增的正弦和余弦驱动函数生成的。适度的相位和幅度调整应用于驱动信号以优化扫描圆度。螺旋扫描完成后，主动断开序列通过应用使光纤运动滞后 90° 的高振幅驱动信号将光纤驱动回其静止位置。该驱动信号在5到30个周期内快速消除95%的扫描运动。最后，驱动停止，允许剩余运动自然衰减，直到下一帧开始。30Hz的视频成像每个图像500行是标准扫描设置。

通过更改这些参数，可以实现替代帧大小、形状和持续时间。例如，可以将30Hz帧速率下的标准500行图像更改为15Hz下的1000行图像，以提高空间分辨率并降低帧速率形式的时间分辨率。

3-校准光纤扫描仪以获得高质量图像

不需要闭环扫描仪反馈控制来维持临床应用的高图像质量。在多镜头组件与光纤扫描仪对齐后，光纤扫描仪尖端和镜头组件之间的距离决定了最清晰的焦点平面。通常，使用低 NA 内窥镜镜头组件（Pentax，HOYA Corp），从而产生大景深，这对于解析大距离范围内的解剖特征很有用。透镜可以在组装过程中进行调整，为小流明提供 1-30毫米或为大流明提供 2-60毫米（下表)。

其他因素也会影响焦深，例如激光照明功率、收集光纤的数量和尺寸、光检测的灵敏度以及物体（组织）的反射率。目前的SFE具有1mW蓝色 (442nm )、2mW绿色 (532nm) 和2mW红色 (635nm)的激光功率。

在初次使用之前，SFE探头使用2D位置感应二极管 (UDT DLS-20) 进行校准，以最大化FOV、最小化扫描仪失真并提供白平衡和色差补偿。查找表 (LUT) 可用于每个激光频率，以将螺旋扫描模式中的每个点重新映射到电子 RGB 数字显示的直线坐标中的像素位置。这样，内窥镜镜头组件就不需要复杂的横向色差控制。然后将每个校准设置存储为一个文件，可以在以后使用时重新加载，从而无需在正常操作条件下进行未来的重新校准。闭环温度稳定对于任何共振扫描仪都很重要，尤其是对于体内由于与组织、生物体液（血液、粘液等）和冲洗液（生理盐水、麻醉剂等）接触而发生温度变化的环境。

4-成像方式

在标准的非共焦SFE配置中，RGB激光照明在基站处组合，并通过光纤组合器或使用自由空间透镜和滤波器耦合到单模光纤的核心。生成的RGB激光束被透镜组件扫描并聚焦到图像平面上，该透镜组件确定由点扩散函数 (PSF) 定义的最大空间分辨率。标准（非共焦）几何形状通过环绕光纤扫描仪和透镜组件的高数值孔径多模光纤环收集反向散射光。

这些光学收集光纤的位置、大小和数量决定了非共焦SFE的收集效率。这种仅使用透镜进行照明的标准非共焦几何结构如图所示: 

还显示了替代 SFE 探针几何形状，其中包括双光子荧光的非共焦几何结构中的双照明/收集透镜配置和OCT的共焦成像。共焦几何形状的优点是探头尺寸较小，因为信号收集不需要单独的通道。然而，当从双包层光纤的内包层收集额外的光时，非共焦几何结构的信号收集效率要高40倍，尤其是在较高的FOV下。 由于典型内窥镜物镜的背反射，内包层检测非常适合荧光成像。具有近红外 (NIR) 并发荧光成像的非共焦 SFE 系统的框图显示在下图；将来，应该可以将这些不同的信号收集几何形状中的两个或多个组合起来，以提高信号收集效率。

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医休观点：

SFE可被视为柔性内镜的平台技术，因为使用光纤扫描仪可以实现许多不同的成像模式。如果对内镜制造商来说具有足够的成本效益，这种亚毫米光学扫描仪可以取代CCD成像器和照明光纤。由于其设计简单，光纤扫描仪具有大批量生产的潜力，它仅使用少数低成本组件并且可以一次性使用。

同时它还具有1mm直径以内的高分辨率、转动的灵活性、设备耐用性和安全性；最为关键的是，SFE可能会改变现有血管介入成像的选择，实现直接成像，而不是再通过DSA造影判断病变位置和介入治疗；

是否可以畅想一下，未来在没有DSA下的介入手术是个什么样子的呢？

文章来源：医休神介说