心律不齐的常见治疗方法是心脏导管射频消融术,针对导管射频消融术中存在的问题与不足,提出了激光心脏消融OCT系统。采用激光消融的方法代替传统射频消融,同时采用OCT成像技术对消融过程进行实时监测和引导。激光消融可进行精确的热场控制,达到精准消融;且激光能量集中,可减少热量扩散和正常组织的热损伤,实现快速消融。OCT技术是一种非侵入性、高分辨率的医学成像技术,能够对生物组织内部结构进行在体成像。OCT技术在眼科疾病的诊断与检测中有广泛应用,且在皮肤科、牙科、心血管等生物组织的检测成像具有良好的应用前景。本文研究内容包括激光消融术的原理和作用机制;扫频OCT系统的原理以及主要性能参数的理论分析;OCT干涉光谱信号的数据处理步骤;基于1301nm扫频激光光源和1064nm消融激光的激光心脏消融OCT系统的搭建;基于GRIN光纤的OCT扫描光纤探头的设计与制作;结合OCT扫描探头和消融光纤的双通道导管的研制;心脏组织在OCT图像中的特征总结及消融前后的图像变化。具体的内容和主要成果:1、搭建了基于1301nm扫频光源的扫频OCT系统,扫频OCT系统主要由扫频激光光源、干涉仪装置(包括参考臂和样品臂)和平衡式探测器组成。扫频激光光源采用的是基于MEMS可调谐滤波器的快速扫频激光,其中心波长是1301nm,可调谐波长范围为142nm,扫频速率为49.96kHz,光源平均功率为14.3mW。OCT系统采用的探测装置为平衡式探测器,可减小相对强度噪声和共模噪声,对光学元件表面、扫频光源内部器件及样品内部各层的自相干干扰信号加以抑制。系统的轴向分辨率为4μm(实验中测量的轴向分辨率为5.2μm),最大成像深度为6.7mm(空气中n=1时),最大信噪比为46.6dB。2、设计并研制了可用于内窥成像的基于GRIN光纤的OCT扫描光纤探头。采用单模光纤和渐变折射率光纤配合的方式,对两种光纤进行焊接,并对GRIN光纤出光面进行研磨达到一定的出光角度,同时避免出光端面的光反射造成的噪声信号。OCT扫描光纤探头的出光角度为170°,束腰位置为0.9mm。消融激光光纤为1064nm光纤,使用纤芯200μm,包层400μm,数值孔径NA为0.22。同时设计了双通道光纤导管,一个通道为OCT扫描探头,一个通道为消融激光光纤。该双通道光纤导管结合激光心脏消融OCT系统可实现一边消融一边成像,达到对消融过程进行实时监测和引导的目的。3、扫频OCT系统,1064nm的消融激光装置,结合双通道光纤导管,搭建了激光心脏消融OCT系统。该系统可实现在激光消融过程中进行OCT图像的实时采集,对消融过程中消融能量、消融时间和消融位置进行检测和引导。激光心脏消融OCT系统可提高手术的安全性、可控性,减少消融术带给患者的痛苦。同时,在心脏组织消融前及消融过程中进行OCT图像的采集,并对图像特征进行总结分析。实验中发现,消融前的心脏组织具有较好的结构性,表现出双折射特性,在OCT图像中表现为一条暗带的存在。随着消融过程的进行和消融能量的传递,组织水分减少,干涉信号变弱,表现为OCT图像中信号强度降低。同时,组织结构遭到破坏,双折射特性消失,OCT图像中的暗带消失。根据这些特征,可以对消融过程进行更好的评估和指导。