脊柱椎管狹窄癥

椎管狹窄是一種與年齡相關的疾病，表現為椎管或神經孔異常變窄，導致脊髓或神經根受壓，椎管變窄可導致頸部和背部疼痛。隨著我國人口老齡化加劇，以退行性改變為主因的椎管狹窄癥患者不斷增多。每1000名50歲以上的人中約有5人有這一癥狀，椎管狹窄目前沒有足夠的證據推薦任何特定類型的非手術治療，比如緩解疼痛和炎癥的藥物，腰椎硬膜外類固醇或麻醉劑注射，因為目前的研究對非手術手段療法有效性的驗證十分有限。而其中被證明的一種有效治療方法是要求苛刻的脊柱手術，需要快速高分辨率成像系統與高精度的手術手段，部分削減脊柱的骨骼，減小、消除壓迫。可讓70-90%的人有良好的術后結果。

脊柱椎管是神經的通道，看起來像脊柱后面的隧道。椎管狹窄有多種類型，具體取決于受壓迫的神經部位，比如從脊髓分支到左側和右側擠壓在神經的根部，比如脊柱管的中心變窄了致使馬尾神經被擠壓（脊髓的尖端通過脊柱管是一堆細神經。這部分稱為馬尾神經）。

治療手術例如椎板切除術僅切除一部分椎板，即脊髓骨的后部。它刻蝕了一個足夠大的洞，以減輕特定位置的壓力。這里顯示的是頸部，同樣的，手術也可以在腰椎中完成。

另外還有使用醫用激光進行骨消融的新技術，這需要更高精度與更高分辨率的成像系統指導和支持。

OCT技術

傳統的非光學相干成像技術的主要有 X射線計算機層析成像技術、超聲成像技術、磁共振成像技術等，但是這些生物醫學成像技術都存在著某些方面的不足，如X射線計算機層析成像對生物體的輻射比較大，而超聲成像的分辨率比較低，磁共振成像掃描時間長，不利于實時觀察等。在諸如這樣的高精度的脊柱外科手術中，需要實時預覽手術效果。OCT技術可擔此大任。

OTC（光學相干斷層掃描）成像技術是近些年迅速發展起來的一種新型生物醫學成像技術，其歷史始于1990年山形大學丹野教授、1991年MIT的Dr.Fujimoto相繼發表論文，受到了極為廣泛的關注。1996年，美國Humphrey公司推出了世界上第一臺眼底OCT設備，從2005年左右開始快速商業實用化，并不斷改進，其具有非接觸、非侵入、無損傷、成像分辨率高、成像速度快、靈敏度高、實時性好、三維成像、易與內窺鏡技術相結合、操作簡單等優點。OTC技術填補了在毫米成像深度和微米成像分辨率尺度上生物醫學成像領域的空白。由于不需要引入外源造影劑，也不需要對生物組織進行生理切片來制備樣品，光學相干層析成像技術被稱為“光學活檢”，并可用于病變診斷與治療，如眼科疾病的診斷與治療，如心血管的快速成像，如皮膚疾病的診斷，如炎癥性疾病的治療過程，如光熱治療及光切除的實時觀測等等。

在這近三十年期間，經歷了很多變化與技術創新，現在除了生物醫療方面，也已拓展到更多的工業應用領域，如熔深監測、工件測試測量等。第一代OCT被稱為時域光學相干層析成像系統(TDOCT)，后來有人將光柵光譜儀與線陣探測器應用到OCT上形成了第二代OCT，即譜域光學相干層析成像系統(SDOCT)，成像速度得到了很大的提升；到近幾年，隨著掃頻光源的出現，又出現了掃頻光學相干層析成像系統(SSOCT)。譜域OCT和掃頻OCT又被合稱為頻域光學相干層析成像系統(FDOCT)。OCT成像系統利用寬帶光源的低相干干涉技術獲取高分辨率的層析成像，典型的OCT成像系統如下圖所示。

時域TD-OCT系統低相干光源出射光束，在耦合器被分成兩束頻率相同，初始相位差恒定的平行光，兩束行光分別進入邁克爾遜干涉儀結構的參考臂和樣品臂之中，其中，參考臂的光由參考鏡反射而返回后續光路，樣品臂的光則要經過樣品表層的散射與反射作用后返回光路。若是兩束返回光的光程差保持在一個合適的范圍內，即處于相干長度之內，就可以在耦合器內發生干涉現象，干涉光譜中就攜帶了不同的光程差信息，而這個光程差的信息有從本質上反應了樣品表面不同深度層次的信息，由探測器將光信號轉化為電信號，再將電信號送入電腦中進行更進一步的處理，提取出樣品信息并用一種更直觀的方式表現出來，完成圖像重建工作。

SD-OCT的成像實現過程與TD-OCT類似，區別在于SD-OCT是通過對測量光譜進行快速傅里葉變換獲得樣本組織的深度信息，而不再需要軸向移動參考鏡對樣品進行深度位置信息掃描（A-scan）。因此，頻域FD-OCT的靈敏度可達TD-OCT的100倍，速度可達TD-OCT的10倍。根據FD-COCT的構成，分為（1）使用寬帶光源，一般是超發光二極管，和光柵光譜儀取得信號方式的Spectrol Domain（以下稱為SD-COCT）（2）高速波長掃描型光源和與其同步取得數據方式的Swept Souce OCT（以下稱為SS-OCT）。SD-OCT有可以用相對可實現簡單構成的優點，但是測量深度和測量速度有局限性。而SS-OCT在圖像的取得速度和成像深度方面有優勢，常被作為高端產品的核心而采用。SS-OCT的基本構成如圖b所示。

掃頻源OCT的成像性能由掃頻光源的輸出特性決定：成像速度取決于掃頻光源的掃描速度；軸向分辨能力取決于掃頻光源的掃頻范圍；成像深度由掃頻光源瞬時線寬決定；成像靈敏度與掃頻光源輸出功率有關

虹科高速掃頻激光源

近期，德國聯邦經濟事務和氣候行動部（BMWK）批準和資助了一個基于OCT技術的新項目——在OCT控制下通過激光消融治療脊柱狹窄的創新療法（InTherSteLa——Innovative Therapie der Spinalkanalstenose mittels Laserablation unter OCT-Kontrolle），已獲得249832歐元的資金。漢諾威激光中心 e.V.領導該項目，周期為2022年9月1日至2025年2月28日。

這個激動人心的項目旨在開發一種靈活的工作探頭，能夠在不危及更深層組織層的情況下實現高精度的骨骼去除。該項目將結合兩種技術來獲得這一點：使用OCT在實時成像預覽控制下通過醫用激光進行骨消融。

這需要高速OCT成像來提供實時預覽，而虹科Caliper-HERO就是能將其商業化并付諸實踐應用的可行技術。因為CALIPER-HERO是一款緊湊型交鑰匙1060nm激光模塊，具有高達1.7MHz波長掃描速率，適用于超快3D OCT成像應用。HERO具有較長的相干長度，可實現較大的成像深度，并結合穩定的連續波長掃描，是需要高分辨率和高幀速率的3D成像應用的理想選擇。采用單片集成MEMS-VCSEL結構，可靠的VCSEL數據通信技術和單一材料的MEMS系統，以提高魯棒性。

虹科 Caliper-HERO 獲得專利的高效諧振振蕩器（HERO?）技術通過在真空中操作MEMS反射鏡來實現MHz級別快速掃描速率。長期的掃描穩定性可使用具有預校準FFT線性化的單通道DAQ實現高效、高吞吐量的數據采集。

審核編輯黃昊宇