频域编码成像信号探测技术研究(2)
基于显微内窥镜发展中遇到的问题，Tearney等人于1998年提出了一种于内窥镜相容的亚微米级分辨率扫描共焦显微成像系统[2]，并命名为光谱编码共焦显微成像技术（spectrally encoded confocal microscopy 简称SCEM），使用单模光纤的波分复用技术，并采用准单色光源和透射衍射光栅在同一时间内，检测到样品内部沿轴向的多点反射率，在当时实验扫描1200×800个点的图像用了60分钟，平均沿横向每扫一行用时5分钟，分辨率可以达到25μm的。这项技术在2002年被实际应用在内窥镜后，它的优点得到重视并在之后迅速发展。使用这项技术不仅可以缩小内窥镜的尺寸，因为不需要快速扫描电机之后，显微内窥镜探头的尺寸可以做到光纤直径大小，而且降低了因快速扫描震动而引起的噪声。按照Tearney的研究解释，光谱编码内窥镜技术（spectrally encoded endoscopy简称SEE）中光源的光谱宽度和光栅的线密度两者决定图像解析点的个数[3]，当光纤中各个波长的光通过衍射光栅和微小聚焦透镜之后，沿着样品表面轴向位置被各个波长的光照射，从而构成的一条编码线取代原来的快速扫描。再使用慢速退扫收集另一个方向上的信息，通过计算就可以获得实时的二文图像。他们当时使用直径550mm的系统对人的手指进行了检测，结果可以发现，手指的指纹纹路清晰可见，从而证明了活体检测的可行性。
1.1 光谱编码显微成像技术发展历程
1.2 光谱编码内窥镜显微成像技术应用领域
1. 最早也是应用最广的临床范围当属眼科，不仅是因为眼科是与光学方向最相近的一门学科，更是因为眼睛是人体裸露在外部的活体组织，对该项技术的实验操作也更加方便。通过光谱编码对眼部最深处的组织进行成像，就可以检测出一系列的眼部疾病，如黄斑、视网膜病变、白内障、青光眼等，并且高分辨率的成像也推动着眼部医学的不断发展，所以可以说两者是相辅相成的。
2. 心脑血管疾病的检测与预防，今年来，由于快节奏的现代化生活，亚健康的生活习惯已经成为现代人的高发心脑血管疾病的重要因素，据世界卫生组织的调查发现，每一年因为心脑血管的相关疾病而导致死亡的人数范围高达66%以上[16]，心脑血管由于自身结构繁杂并且轻薄微小，尤其是心脏的内膜、夹层和贴壁，冠状动脉的末梢，脑部血管等都是相当微细的组织。目前临床的应用上常用的检测手段是超声波检测，IVUS（Intravenous Ultasound）技术，全称是血管内超声技术,虽然这项技术目前应用广泛，技术成熟，但是它的最大分辨率目前只能达到100μm的水平，对于心脑血管中的大多数微小结构式无法达到清除成像的级别。而相比之下，光谱编码成像的高分辨率的特点就很好的弥补了这一不足。利用光谱编码显微内窥镜检查冠状动脉的实时情况，成像质量可以达到几十微米的数量级，而且不需要切片检查，更加安全方便，适合实时预防和 监测，同时这项技术也适合于心脑血管术后的检查，方便外科医生对病人的身体适应情况进行有效的掌握。
3. 肿瘤及癌症的治疗，以往的医疗手段针对癌症及肿瘤的办法，都是尽可能完全切除掉人体内的病变组织。手术前期，需要对病人进行病理切片，大致确定开刀范围及深度，在手术进行过程中，医生往往会将预定切除的组织周围半径1cm的其他组织全部切除干净，以防止后期肿瘤细胞的继续扩散，手术切除后，仍然还需要在实验室进行为期约一周左右的病理分析才能够确定肿瘤细胞全部清理。但是手术中，切除范围越大，病人后期的康复就越艰难，并且会因为检查病变组织不完全，造成残留。在这一块，光谱编码内窥镜显微成像系统分辨率能够达到临床医学病理组织的要求，所以可以实时探测到手术中的人体组织，方便医生精确区分病变区域和安全区域，从而缩小切入范围，对病人来说更加安全，减轻痛苦，避免病变组织扩散及反复发作，进行多次手术。