我们报告了迄今最细口径（21G，直径820微米）的手持式前视光学相干断层扫描针内窥镜，并验证了其用于眼科OCT检查的可行性。该探针设计基于成对角度旋转扫描技术线上炒股配资之家，该技术通过使用两个反向旋转的角度抛光渐变折射率透镜，能够在探针尖端前方实现线性B扫描模式。尽管尺寸微小，该探针仍能提供0.22的数值孔径，并在每秒0.5帧的速度下实现92 dB的实验灵敏度。我们在离体猪眼上测试了视网膜成像的可行性，包括残留玻璃体、视网膜和脉络膜在内的结构特征均可清晰区分。由于其成像质量可与商业OCT系统媲美，且与当前眼科手术标准兼容，该探针有望在玻璃体视网膜手术期间，成为替代传统白光照明视觉检查的更优选择。
自上世纪90年代发明以来，光学相干断层扫描作为一种生物医学成像模式，因其无创性和高分辨率成像能力引起了广泛关注。然而，组织对近红外光的散射和/或吸收使其穿透深度仅限于毫米级，从而限制了OCT在深层组织成像中的应用。解决这一问题的方法之一是将OCT集成到内窥镜针探针中。OCT内窥镜能够深入穿透组织，通过内部光学元件收集结构信息。通常，根据检查区域的不同，OCT针内窥镜可分为侧向成像和前视成像两类。前者结构相对更简单，且易于微型化——已有直径410微米探针的报道。前视成像探针的光学设计和驱动机制通常更为复杂。尽管存在相对复杂性，这类探针因其非常适合在手术期间提供引导和实时监控而得到积极开发。
展开剩余86%OCT前视成像探针的一个潜在应用是辅助玻璃体切除术，这是一种摘除玻璃体的外科手术。玻璃体切除术是治疗视网膜脱离等严重眼疾的其他手术所必需的前序步骤。手术的成功及患者的长期预后，关键在于完全清除视网膜裂孔周围的玻璃体。为确保这一点，外科医生通常会在患者眼部切口插入光导管，并在手术期间通过直接照明检查残留玻璃体。由于玻璃体是透明的，这种检查往往很困难。OCT可通过提供深度分辨图像来辅助这一过程，且无需引入造影剂。与基于裂隙灯的商业OCT相比，前视OCT内窥镜探针可贴近视网膜表面，避免了必须通过角膜和晶状体成像的限制。为最大限度减少切口损伤，小直径探针极具优势。我们研究组开发的采用成对角度旋转扫描技术的内窥镜设计非常适合此用途，因为它能提供大扫描范围和出色的可扩展性。
图1.(a) 配备PARS-OCT探针的扫频源OCT系统；(b) PARS-OCT探针在玻璃体切除术中应用的示意图，这是一种摘除玻璃体的外科手术；(c) PARS-OCT探针照片及其光束偏转原理（SMF：单模光纤；ADC：模数转换器）。
在本信中，我们报告成功研制了一款21G口径（直径820微米）的PARS-OCT前视成像针探针，并通过采集离体猪眼的OCT图像验证了其应用。据我们所知，这是迄今报道的最纤细的前视OCT探针。该纤细探针可轻松适配眼科手术中使用的标准套管或巩膜切口。此外，探针及其重新设计的驱动系统体积紧凑、重量轻便，适合外科医生手持操作。
香港星云先进技术有限公司（NAT）是Grintech亚洲代理商，我们为客户提供梯度折射率透镜（GRIN透镜）等光学产品。
PARS-OCT探针设计采用两个角度抛光的渐变折射率透镜（直径500微米，数值孔径0.22），通过绕光轴旋转来调控光束位置。如图1所示，渐变折射率透镜封装在两个反向旋转的同轴针管内（内针23G，外针21G）。角度切割渐变折射率透镜的制造及其在针管内的装配由GRINTECH公司完成。两片渐变折射率透镜的内侧面均以15度角抛光，并按设计留有气隙分隔。首个角度抛光表面的折射将光束偏转离轴至第二片透镜，实现最大15.3度的偏转角。第一片渐变折射率透镜为1/4节距（长度3.11毫米），第二片小于1/4节距（长度2.6毫米）。测得探针的工作距离为0.78±0.02毫米。通过控制两片渐变折射率透镜的相对角度可决定扫描模式。鉴于玻璃体的水性特质，渐变折射率透镜与针管间的间隙采用环氧树脂密封以防止液体污染。使用时，所有元件均安装于由商用笼式系统构建的专用支架上。为避免复杂的控制电路并提升稳定性，采用单一轻型直流电机及相关锥齿轮同步驱动双针管，确保等速反向旋转，实现平面扫描。扫描范围可从图2观察得知，该图通过将扫描中的PARS-OCT探针尖端悬置于平面CCD相机上方2毫米处拍摄记录。此扫描系统另具优势——扫描仅需电机保持恒定转速，无需精准时序的加速或减速。我们绘制了电机编码器积分输出随时间变化的曲线，发现速度偏差可忽略不计（相关系数拟合值达0.99995）。
图2.(a) 两片渐变折射率透镜等速反向旋转时实现的平面扫描轨迹；(b) 置于探针尖端2毫米处的CCD相机记录的扫描图案；(c) 测得的点尺寸（半高全宽）随偏转角变化关系。图中同时展示了选定偏转角下的光斑剖面。
PARS-OCT探针设计兼容任何中心光学波长；本样机针对1310纳米波长设计，而非OCT视网膜成像常用的约800纳米波长。选择1310纳米中心波长是因为相比更常见的较短波长，预计能提升脉络膜和脉络膜毛细血管的可见度。在PARS-OCT探针上使用1310纳米照明的另一优势是，其在玻璃体中较高的吸收率有望改善对视网膜附着残留玻璃体的显影效果。
利用傅里叶域系统的固有灵敏度优势，研究人员选用商用扫频激光器作为光源照明（中心波长1310纳米，带宽70纳米，A扫描速率250赫兹）。采用重采样算法，通过光纤法布里-珀罗干涉仪生成k域采样时钟信号。
PARS-OCT探针要求光束通过渐变折射率透镜传输，这可能引入显著的图像伪影。特别是使用宽光谱光源时，预计会出现色差问题。此外，PARS-OCT探针因内部角度抛光表面的色散效应可能产生独特的离轴像差，这可能导致焦点光斑随扫描角增大而展宽，成为探针设计过程中的主要考量因素。通过将焦点光斑经20倍物镜与消色差双合透镜投射至CCD相机，研究人员测量了样机在不同偏转角下的焦点光斑尺寸。发现光束无偏转射出探针时获得最小光斑尺寸7.6微米（半高全宽），最大偏转角时光斑尺寸适度增加至10.4微米（增大量26.4%）。该趋势与ZEMAX仿真结果一致，仿真显示无偏转时斑点为5.0微米，最大偏转角时增加31.5%。仿真与探针样机间的光斑尺寸差异可归因于两个主要原因：首先，ZEMAX对渐变折射率透镜的仿真假设近轴传播，过度简化了实际涉及两透镜间显著角度偏折的光束传播过程，这意味着仿真可能低估光斑尺寸；其次，探针制造过程中两渐变折射率透镜间距约50微米难以精确控制。因此ZEMAX仿真可作为指导性参考，但不能完全拟合实验测得的光斑尺寸。研究人员同时测得焦深为0.26±0.03毫米，且对偏转角不敏感（在误差范围内）。最后通过比较插入探针前后OCT系统的轴向分辨率（分别为10.5±0.1微米和7.8±0.1微米），量化了失配色散的影响。发现分辨率对偏转角不敏感，这与预期相符，因为通过渐变折射率透镜的光程变化率随偏转角变化较小。
为初步测试其临床应用可行性，使用PARS-OCT探针对已摘除角膜、晶状体和玻璃体的离体猪眼视网膜进行成像。样本处功率约0.6毫瓦，采用平衡探测方式。测得实验系统灵敏度为92分贝，比自由空间样品臂低15分贝，这与PARS探针实测插入损耗一致。成像期间采集多幅B扫描图像（每幅含500次A扫描，B扫描速率0.5帧/秒），随后将数据转换为适应扇形扫描模式的声谱图式图像。图3所示成像结果显示，距探针尖端约2.5毫米深度范围内的结构清晰可见，包括表层残留玻璃体、视网膜及其下方脉络膜。在多个区域还观察到视网膜与脉络膜的分离现象，这可能发生在玻璃体移除过程中。图中同时展示商用1310纳米OCT显微镜采集的晶状体切除及玻璃体切除术后离体视网膜图像以供对比。可见PARS-OCT探针所获图像质量与商用系统相当。可通过切换更高行频OCT引擎或减少单幅B扫描的A扫描次数实现更快的B扫描速率。扫描速率的大幅提升可能需要更优化的驱动系统设计和更严格的设计公差以防止探针振动。在当前系统中探针振动似乎极小，但可能是图3图像中部分垂直散斑拖影的成因。需要说明的是，外针探针的旋转未对样本造成可观测的撕裂损伤。在需要接触坚硬组织类型的应用中，可能需要为探针加装非旋转套管以避免摩擦伪影。
图3.(a)、(b)、(c) PARS-OCT探针采集的猪视网膜图像。视网膜层在移除玻璃体过程中部分脱离，视网膜表面仍可见部分玻璃体残留。(d) 商用OCT显微镜获取的视网膜图像。
综上所述，我们成功制造了一款适用于内窥镜检查的微型化PARS-OCT探针。该探针外径为21G，与当前眼科手术流程兼容。通过将此PARS-OCT探针与运行速度为每秒0.5帧的扫频源OCT系统结合，成功采集了视网膜图像。所获图像质量与商用OCT显微镜相当，其中残留玻璃体、视网膜及脉络膜等重要结构特征清晰可辨。此项内窥镜设计有望助力解决玻璃体切除术等手术过程中直接目视检查所面临的困难。
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