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研究背景
心血管疾病是当今严重威胁人类健康的疾病之一，其发病率和死亡率已超过肿瘤而跃居第一。经皮冠状动脉介入治疗(PCI)是指经心导管技术，疏通狭窄甚至闭塞的冠状动脉管腔，从而改善心肌血流灌注的治疗方法。在PCI手术上，光学相干断层扫描（OCT）技术因其高分辨实时成像并且无需荧光标记的特点，逐渐成为PCI手术术前策略制定和术后效果评估的重要手段。
随着心血管OCT系统在各层级医院的推广应用，高性能、低成本心血管OCT系统的需求越来越明显。OCT成像导管作为心血管OCT系统的关键耗材，其成像性能决定了PCI手术的成败，制作成本则会影响心血管OCT技术的普及程度。此外，由于部分血管病变发生在管腔直径仅为数毫米的冠状动脉末梢，要求扫描成像导管的直径需要约束在1毫米以内。如何设计并实现分辨率高、成像范围大、性能稳定，以及结构简单的微小心血管OCT成像导管是当前心血管OCT技术的一个重要研究课题。
研究亮点
针对上述需求，哈尔滨工业大学（深圳）孙云旭副教授课题组联合香港大学黄建业教授课题组，以及深圳市中科微光医疗器械技术有限公司提出了一种新型全光纤心血管OCT内窥成像导管。该导管内核由单模光纤（SMF）、梯度折射率光纤(GIF)，以及无芯光纤（NCF）熔接组成。SMF用于将近红外宽谱扫频激光从体外传导至心血管病变位置，GIF将SMF出射的光束进行聚焦。通过在NCF的端面研磨抛光出一个反射面，从而实现将GIF出射的聚焦光束从导管的侧向出射。导管光纤内核封装进入一根约1.5米长的扭力弹簧以实现血管内最高12000转/分钟的旋转圆周扫描成像。完整成像导管外径为0.86毫米。
在传统的基于GIF的OCT成像导管方案中，SMF与GIF之间需要额外增加一段NCF以对光束进行扩束。传统导管结构比较复杂，需要对额外这段NCF的长度进行精确控制以获得良好的出射光束。而该项研究提出的新型导管方案中，通过选择合适折射率曲线的GIF以及优化光路系统的结构，实现了在不牺牲导管成像质量的前提下，取消SMF与GIF之间的NCF，很大程度上简化了导管的结构和制作步骤。通过对活体动物冠状动脉的实时扫描成像，验证了设计的合理性。该新型导管目前已由深圳市中科微光医疗器械技术有限公司实现批量生产，具有广阔的临床应用前景。
图1 全光纤OCT扫描成像导管应用于活体动物（猪）冠状动脉的扫描成像结果。(a)和(b) 动物实验场景；(c)和(d) 正常冠状动脉以及植入冠脉支架后的心血管OCT图像；(e) 植入支架后的冠状动脉三维剖视图
该研究以“Pencil-beam scanning catheter for intracoronary optical coherence tomography”为题，发表在英文刊Opto-Electronic Advances 2022年第3期。文章受到国家自然科学基金及深圳市科技计划项目支持。
