[发明专利]用于光学相干断层扫描和双光子荧光成像的设备和方法

说明书

本公开的示例性实施例包括组合的基于导管的光学相干断层扫描‑双光子荧光(OCT‑TPL)成像系统。示例性实施例还包括用于以高空间分辨率检测并且进一步表征体内的薄帽纤维粥样斑块中的细胞成分(例如，巨噬细胞、胶原纤维/弹性蛋白纤维、脂滴)的分布的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2013年3月14日提交的美国临时专利申请序列号61/785,030的优先权，其内容通过引用合并至本文。

背景技术

导致心肌梗塞的动脉粥样硬化和斑块破裂仍然是全世界造成死亡的首要原因[1]。炎症以及潜在的细胞和分子机制[2-4]使动脉粥样硬化从开始发展到斑块破裂以及最终的血栓形成。最近由Virmani[5]定义为“薄帽纤维粥样斑块”的易损斑块是由炎症引起的并且被表征为：与稳定斑块相比，通常具有厚度小于65μm的薄纤维帽，增大的巨噬细胞的浸润和减少的平滑肌细胞以及增大的脂质核心尺寸[6-8]。

现在理解了导致薄帽纤维粥样斑块破裂的若干细胞和分子事件并且利用若干细胞和分子事件来开发新型成像方法。在薄帽纤维粥样斑块中的巨噬细胞的积累过表达基质金属蛋白酶(MMP)[9-12]，该基质金属蛋白酶被认为是促成薄帽纤维粥样斑块的易损性并且增大促凝性[13-15]。巨噬细胞是指示在冠状动脉、脑、和末梢循环中的斑块破裂的风险的重要的早期细胞标志物。由于斑块易损性与细胞成分和解剖结构相关，因此理想的是开发一种可以同时揭示成分和结构两者的诊断方法以在响应于心血管介入的纵向研究中识别易损斑块并且使得在体内能够监测巨噬细胞密度。

血管内的OCT(IVOCT)是最近开发的用于高分辨率血管内成像的基于导管的方法。在心血管成像方式中，IVOCT是为对薄帽纤维粥样斑块进行成像提供足够的空间分辨率的唯一方法。

然而，不能仅通过IVOCT图像容易地评估斑块破裂的风险。双光子荧光(TPL)显微镜使用组织的非线性光学性质并且已用于基于斑块成分内生的自发荧光对斑块成分例如内皮细胞、平滑肌细胞[16]、弹性纤维[17，18]、氧化LDL[19]和脂滴[20]进行成像。最近，已经报道了装载有纳米粒子的巨噬细胞可以由TPL显微镜来检测[21，22]。已经报道了基于光纤的OCT[23，24]和TPL显微镜[25-28]分别使用光子晶体光纤来传输用于实现更高的空间分辨率的宽带光或者传输用于使系统尺寸最小化的超短脉冲。然而，先前尚未实现组合的基于光纤的OCT-TPL系统。

发明内容

本公开的示例性实施例包括组合的基于导管的光学相干断层扫描-双光子荧光(OCT-TPL)成像系统，该组合的基于导管的光学相干断层扫描-双光子荧光(OCT-TPL)成像系统用于以高空间分辨率检测并且进一步表征体内的薄帽纤维粥样斑块中的细胞成分(例如，巨噬细胞、胶原纤维/弹性蛋白纤维、脂滴)的分布。基于导管的OCT-TPL系统的部件可以包括用于OCT的光源(例如，1310nm)和用于TPL的光源(例如，800nm)、用于OCT的检测器(例如，平衡式检测器)和用于TPL的检测器(例如，光电倍增管)、补偿TPL激发脉冲的群延迟色散的传输光栅压缩器、传递来自OCT光源和TPL光源两者的光以及传输TPL发射信号的光纤(例如，光子晶体光纤)以及成像导管。本公开的实施例描述了用于以需要同时传递短脉冲激光和宽带OCT光的基于导管的模式来成像以及进行相关诊断和治疗的方法和设备。