基于光纤共振扫描技术的前视光声内窥镜
在光声成像的临床应用领域，各个团队一直致力于开发无创成像仪器，用于评估各种疾病。近年来，光声内窥镜的发展得到了越来越多的关注，它可以用于评估结直肠癌、冠状动脉疾病和前列腺癌等。然而，实现小型化的内窥探头具有挑战性。大多数的光声内窥镜采用的是侧视探头，可以对人体腔道的内部解剖结构进行可视化。但对于更多的应用来说，小型化的前视探头是更加合适的。进行前视成像需要进行二维扫描，这比侧视成像采用的旋转回撤扫描更加难以实现。然而，已报到的前视光声内窥镜所采用的扫描光纤束近端的方案，会使得空间采样受纤芯数量的限制，从而导致成像的横向分辨率较差。
本团队开发了一种基于光纤共振扫描器的前视光声内窥镜探头，其外径为5 mm。探头将压电弯曲器、光纤悬臂、透镜、超声换能器和耦合模块紧凑地集成起来。探头的成像视场直径约3 mm，横向分辨率为15.6μm，成像速度达0.5帧每秒。通过活体成像证明了光纤共振扫描器用于前视光声内窥成像的可行性，有望作为临床评估胃肠道病变的辅助手段。
探头的内部结构以及成像系统的示意图如图1所示。光纤共振扫描器由二维压电弯曲器与单模光纤悬臂进行组合而成。通过压电弯曲器驱动光纤悬臂产生共振，实现对成像目标完成二维螺旋扫描。
图1. 柔性前视光声内窥镜系统和探头结构示意图。(a)探头的内部结构。 (b)成像系统的示意图。(c)探头的实物图。
为了验证内窥镜对消化器官的成像能力，对大鼠的胃和肠壁进行了成像。采用基于Hessian矩阵的方法增强血管网络，以减少螺旋扫描引起的摩尔纹条纹干扰图像。并通过基于特征识别的算法拼接获取的单帧图像获得了大视场图像，提高临床使用的便利性。
图2. 大鼠胃壁和肠壁的光声图像。(a)和(b)大鼠胃壁的血管网络。(c)和(d)大鼠肠壁的血管网络。比例尺为500微米。
图3. 大鼠胃壁的大视场光声图像。比例尺为1毫米。
总结：本文提出了一种基于光纤共振扫描技术的前视光声内窥镜，巧妙地使用了光纤共振扫描器作为扫描元件，为实现高分辨率的前视内窥成像提供了有效的解决方案。该探头结构紧凑而且稳定性高，有望作为胃肠道疾病检查的辅助手段，实现更加精准的临床诊断。
原文链接🔗：https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0142792