光纤共聚焦显微内窥镜活体内实时成像系统的设计和研究

　　引言

　　众所周知，肿瘤是致使人类病亡的第二大病因，全球每年癌症死亡人数约为700万人。在现代医学中，临床上肿瘤诊断的主要手段是活体组织切片，据统计数据表明，全球每年有上亿次活体组织切片诊断，一般过程是用穿刺等方法在身体内取出活的组织切片，然后在显微镜下作病理诊断。此种方法给患者造成极大的痛苦，患者依从性较差，并且每次诊断需数天时间，医疗成本较高，此外制成的切片使细胞失去了生理状态，影响诊断准确度。与此同时，X光摄片、计算机X射线断层扫描技术(computed　tomography，CT)、光学相干层析技术(optical　coherence　tomography，OCT)和核磁共振成像技术(magnetic　resonanceimaging，MRI)等医学影像学技术已经成为疾病诊断的常规手段，大大加快了诊断时间。但是，现有成像技术的分辨力较低，在癌症初期阶段，肿块较小不明显，现有成像技术由于分辨力限制很难实现肿瘤的早期诊断，从而错过了癌症治疗的最佳时期，给患者造成巨大的损失。

　　上述实际应用需求客观上推动了结合医学影像学技术的快速发展以及适合活体组织切片的高分辨力光纤共聚焦显微镜的研究开发。光纤共聚焦显微镜的光载体与医用软性纤维内窥镜一样，都是玻璃光纤，因此具有良好的柔软性和方便的操作性能。光纤共聚焦显微镜的优势在于它实际上是一种共聚焦显微镜：不仅用激光光源代替了纤维内窥镜的冷光源，而且具有复杂的光学成像子系统，即三维扫描系统、光束分离器、用于反射激光聚焦的小孔和一系列校正透镜组。现有的光纤共聚焦显微镜已达微米级光学分辨力，完全可以实现对组织细胞进行细胞级和亚细胞级的微观成像。目前，光纤共聚焦显微镜正处于技术发展初期[1-2]，国外商业化的产品有Opticscan公司的Optiscan　FIVE1和Mauna　Kea　Technologies公司的Cellvizio　LAB光纤共聚焦显微镜，国内的工作主要集中在理论研究[3-5]和皮肤共聚焦样机的研制[6-8]，尚无此类产品。

　　文中重点开展了光纤共聚焦显微内窥镜活体内实时成像系统的研发，主要包括光纤共焦显微镜和图像处理子系统。在光纤共焦显微镜中，通过激光光源代替冷光源，光纤束传输图像，同时自主设计光学结构，在提高图像分辨力的前提条件下，减小物镜端头的物理尺寸，以达到活体成像的实际要求。在图像处理子系统中，通过线性、非线性图像匹配和反卷积算子增强等独特算法提高图像的重构质量。

　　文中采用光纤共焦显微技术，结合独特的图像重构技术，克服了现有技术的缺点，具有图像分辨力高、探头物理尺寸小、实时检测等多方面优势。