Сканирование волокно эндоскоп (SFE) является следующей технологией поколение , которая использует гибкий, малый (<6Fr) периферийный или коронарный катетер , чтобы обеспечить широкое поле, высокое качество, полноцветный, лазерную основой видео изображений. Эти различия отличают приложения SFE от современных методов визуализации, таких как ВСУЗИ и интракоронарная ОКТ . Ожидается, что заявки на устройство (ожидающие рассмотрения и утверждения FDA) будут включать медицинскую диагностику и поддержку при выборе интервенционных методов лечения, таких как хирургия или биопсия . Предоставляя как полноцветные изображения, так и хирургический обзор в режиме реального времени с широким полем зрения на внутренние глубины артерий, врачи могут обходить труднодоступные внутренние ткани для оценки потенциального заболевания.
Методы
Технология SFE была разработана в Вашингтонском университете с целью обеспечения высококачественной лазерной визуализации в ультратонком и гибком эндоскопе. Считается, что концепция перемещения оптического волокна для получения двумерных изображений с конфокальным сечением и лазерным освещением была впервые предложена для эндоскопических приложений Джинюнасом и др. В 1993 году. Основным достижением SFE является быстрое сканирование и создание высокочастотных изображений. качественные изображения с использованием резонансного волокна с амплитудной модуляцией.
Используя одномодовое волокно, которое колеблется в резонансе, SFE сканирует ткань, выделенную сфокусированным лазерным пятном. Детектор регистрирует мультиплексированный во времени сигнал обратного рассеяния. Для доступа к труднодоступным артериальным участкам волокно и трубка SFE очень малы. Пьезоэлектрическая трубка имеет диаметр 400 микрон, и в ней находится одномодовое оптическое волокно. Наконечник волокна приводится в движение трубкой и имеет текущую резонансную частоту 5 кГц, которая закручивается в расширяющуюся структуру из 250 спиралей (изображение диаметром 500 пикселей) с частотой кадров 15 Гц. Дистальный наконечник диаметром 1,06 мм вмещает систему линз, которая определяет параметры изображения. Системы-прототипы обеспечивают поле обзора 70 градусов и разрешение 10 микрон. Лазерные источники объединены в одно сканирующее волокно, и они используют красный, зеленый и синий лазеры для создания цветных изображений. Для сбора обратно рассеянного света двенадцать 250-микронных многомодовых волокон размещаются по периферии микросканера, образуя дистальный конец 1,6 мм.
Преимущества
Большинство медицинских изображений внутренних органов делятся на две группы:
- рентгеновская компьютерная томография (КТ) , магнитно-резонансная томография (МРТ) и ультразвук , которые используются для изображения структур и, как правило, с низким пространственно-временным разрешением (миллиметры, секунды); а также
- технологии оптических эндоскопов, которые используются для изображения поверхностей с высоким пространственно-временным разрешением (микрометры, миллисекунды).
Эндоскопическая визуализация требует прямой визуализации внутренних поверхностей органов. Это означает, что компоненты освещения и обнаружения должны перемещаться по часто чрезвычайно сложной анатомии, чтобы увидеть конкретную область. И размер, и гибкость эндоскопа определяют возможность доступа к этим областям. Эндоскопы меньшего диаметра и очень гибкие, могут уменьшить травмирование тканей, применение седативных препаратов, используемых для седации, и боль пациента [1].
Возможность достичь четкого разрешения при значительном уменьшении диаметра устройства для улучшения артериальной навигации является преимуществом SFE. Современные технологии гибких эндоскопов, в которых используются технологии когерентного жгутирования волокон толщиной 1 мм, примерно такой же толщины, как человеческий палец. Когда эти устройства уменьшаются в размерах, они страдают от серьезного ухудшения разрешения, в результате чего качество изображения приравнивается к юридической слепоте для практикующего врача.
Недостатки
Все гибкие конструкции эндоскопов ограничены дифракцией света. И линза объектива, и свойства освещения определяют функцию пространственного рассеяния точки (PSF), передаваемую изображению. PSF в эндоскопах оказывает наибольшее влияние на внутреннюю часть устройства в реальной фокальной плоскости. В приложении FOV ограниченная область внутри устройства и разрешаемое разделение между точками могут использоваться для расчета разрешения изображения.
Клинические применения
Коронарный
В США ежегодно регистрируется 800 000 хронических тотальных окклюзий (CTO). Из-за сложности только 25% этих окклюзий получают терапию [100]. По данным CDC, в 2010 г. было проведено 4,5 млн процедур осмотра коронарной артерии, в том числе 454 000 замен стентов; 500000 баллонных ангиопластик / стентов / коронарных процедур; 1M коронарных катетеризаций
Инсульт
Недавние успехи в лечении острого инсульта заставляют каждый центр по лечению инсульта проводить эндоваскулярные реперфузионные вмешательства. В США ежегодно выполняется 500 000 эндоваскулярных реперфузионных вмешательств.
SFE предоставляет интервенционисту представление о развертывании стента в режиме реального времени и оценку противодействия, симметрии стойки стента, взаимодействия боковых ветвей, расслоения, образования тромба.
Ожидаемые диагностические применения включают определение характеристик просвета бляшки для лучшего выбора устройства, эндотелизацию ранее установленных стентов.
SFE также может позволить интервенционисту использовать меньше ангиографии - ангиография будет использоваться в качестве дорожной карты, а SFE - для помощи в подключении сосудов, увидеть проксимальную поверхность полностью закупоренных сосудов и другие уникальные сосудистые нюансы.
Безопасность
Использование лесхозов вместо существующих методов может помочь снизить эти текущие профессиональные риски:
- Уменьшает боль в спине оператора за счет отказа от тяжелых свинцовых фартуков
- Снижает риск рентгеновского излучения для пациента и оператора за счет уменьшения потребности в рентгеновских лучах
- Снижает риски для почек пациента за счет уменьшения использования йодного контраста
Связанные патенты
США 9258108 США 6294775 США 6856712 США 6563105 США 6845190 США 7068878 США 6959130 США 7395967 США 7159782 США 7252236 США 7784697 США 7312879 США 8437587 США 8929688 США 7447415 США 7680373 США 8305432 США 7813538 US168609 US 7680373 США 8305432 США 7813538 US168609 US 76910040 США 76609 США 76609 США 76903890 США 766890 США 769038 США
Рекомендации
[16] Сейбел Э. Дж., Смитвик, шт. Уникальные возможности оптического сканирования, эндоскопии одиночного волокна. Лазеры в хирургии и медицине. 2002. 30 (3): 177–183. [PubMed]
[17] Сейбел Э.Дж., Смитвик К.Ю.Дж., Браун С.М., Рейнхолл П.Г. Одноволоконный гибкий эндоскоп: общая конструкция для небольших размеров, высокого разрешения и широкого поля зрения. Технологии биомониторинга и эндоскопии, Proc. ШПИОН. 2001; 4158: 29–39.
[18] Сейбел Э.Дж., Джонстон Р.С., Мелвилл, компакт-диск. Полноцветный сканирующий волоконный эндоскоп. Оптические волокна и датчики для медицинской диагностики и лечения VI, Proc. ШПИОН. 2006; 6083: 608303–8.
[19] Сейбел Э. Дж., Браун С. М., Доминиц Дж. А., Кимми МБ. Сканирующая эндоскопия с одним волокном: новая платформенная технология для интегрированной лазерной визуализации, диагностики и будущих методов лечения. Gastrointest Endosc Clin N Am. 2008. 18 (3): 467–78. viii. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
[20] Джинюнас Л., Юскайтис Р., Шаталин С.В. Эндоскоп с возможностью оптического разделения. Прикладная оптика. 1993. 32 (16): 2888–2890. [PubMed]
[1] Сейбел Э.Дж. Катетероскоп диаметром 1 мм. Оптические волокна и датчики для медицинской диагностики и лечения VIII, Proc. ШПИОН. 2008; 6852: 685207–8.
[2] Хиршовиц Б.И., Кертисс Л.Э., Петерс К.В., Поллард Х.М. Демонстрация нового гастроскопа, фиброскопа. Гастроэнтерология. 1958; 35 (1): 50. обсуждение 51–3. [PubMed]
[3] Бэйли Дж. Эндоскоп. Gastrointest Endosc. 2007. 65 (6): 886–93. [PubMed]
[4] Фудзикура. FIA: Image Fiber. Фудзикура; 2009.
[5] Сумитомо 2009 http://www.sumitomoelectricusa.com .
[6] Funovics MA, Weissleder R, Mahmood U. Катетерная визуализация in vivo активности ферментов и экспрессии генов: технико-экономическое обоснование на мышах. Радиология. 2004. 231 (3): 659–66. [PubMed]
[7] Малдун Т.Дж., Пирс М.К., Нида Д.Л., Уильямс, доктор медицины, Гилленуотер А., Ричардс-Кортум Р. Молекулярная визуализация с субклеточным разрешением в живой ткани с помощью волоконной микроэндоскопии. Opt Express. 2007. 15 (25): 16413–23. [Бесплатная статья PMC] [PubMed]
[8] Удович Дж. А., Киркпатрик Н. Д., Кано А., Танбакучи А., Утцингер Ю., Гмитро А. Ф. Спектральный фон и характеристики передачи волоконно-оптических пучков изображений. Прил. Опт. 2008. 47 (25): 4560–4568. [PubMed]
[9] Knittel J, Schnieder L, Buess G, Messerschmidt B, Possner T. Конфокальный микроскоп, совместимый с эндоскопом, использующий систему градиентных линз. Оптика Коммуникации. 2001. 188 (5-6): 267–273.
[10] Sung KB, Liang C, Descour M, Collier T., Follen M, Richards-Kortum R. Волоконно-оптический конфокальный отражающий микроскоп с миниатюрным объективом для визуализации тканей человека in vivo. IEEE Trans Biomed Eng. 2002. 49 (10): 1168–72. [PubMed]
[11] Рауз А.Р., Кано А., Удович Ю.А., Крото С.М., Гмитро А.Ф. Дизайн и демонстрация миниатюрного катетера для конфокального микроэндоскопа. Прикладная оптика. 2004. 43 (31): 5763–5771. [PubMed]
[18] Сейбел Э.Дж., Джонстон Р.С., Мелвилл, компакт-диск. Полноцветный сканирующий волоконный эндоскоп. Оптические волокна и датчики для медицинской диагностики и лечения VI, Proc. ШПИОН. 2006; 6083: 608303–8.
[87] Смитвик QYJ, Vagners J, Reinhall PG, Seibel EJ. Контроллер пространства ошибок для резонирующего волоконного сканера: моделирование и реализация. Журнал измерений динамических систем и транзакций управления Asme. 2006. 128 (4): 899–913.
[88] Смитвик QYJ, Vagners J, Johnston RS, Seibel EJ. Гибридный нелинейный адаптивный отслеживающий контроллер для резонирующего волоконного микросканера. Журнал измерений динамических систем и транзакций управления Asme. 2010; 132 (1)
[100] Отчет об исследовании BCC, июль 2013 г.