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OCT光譜儀Cobra-S 實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)范圍成像,助力醫(yī)學(xué)精準(zhǔn)診療

來源:武漢東隆科技有限公司   2023年03月21日 11:18  

什么是OCT?
OCT全稱叫光學(xué)相干層析成像,是一種新型三維層析成像技術(shù)。OCT最早被應(yīng)用于眼科領(lǐng)域,近年來隨著技術(shù)的成熟與創(chuàng)新,逐步應(yīng)用于更多醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。

與傳統(tǒng)的800 nm OCT成像相比,使用Wasatch Photonics CS841-28/800對(duì)眼睛進(jìn)行超長(zhǎng)范圍成像可以更深入地穿透眼睛。


OCT成像傳統(tǒng)上是需要在單次掃描中使用更長(zhǎng)的波長(zhǎng)來探測(cè)大于幾毫米的深度,因而帶來了與NIR探測(cè)器相關(guān)的成本更高。為了解決這個(gè)矛盾,美國(guó)Wasatch Photonics公司開發(fā)了一種新型的OCT光譜儀Cobra-S 800,可以使用800 nm OCT實(shí)現(xiàn)高達(dá)12 mm的成像深度,為超長(zhǎng)范圍成像在眼科、醫(yī)學(xué)和無(wú)損檢測(cè)中的經(jīng)濟(jì)高效應(yīng)用開辟了新的可能性。

為什么要超長(zhǎng)范圍成像?
在眼科,超長(zhǎng)范圍成像有利于檢查從角膜到晶狀體的整個(gè)前房,因?yàn)樗梢栽诟痰臅r(shí)間內(nèi)獲得更完整的眼睛圖像來評(píng)估眼睛健康狀況。如果配置得當(dāng),它甚至可以對(duì)整個(gè)眼睛進(jìn)行成像。它還有助于視網(wǎng)膜的寬場(chǎng)成像,其視網(wǎng)膜的曲率需要更大范圍的成像深度,特別是在臨床環(huán)境中,患者是不太可能保持靜止。

新型Cobra-S 800超長(zhǎng)范圍成像光譜儀CS800-831/28拍攝的眼睛、前房和晶狀體圖像。


在醫(yī)學(xué)上,遠(yuǎn)距離OCT對(duì)于血管內(nèi)和胃腸道應(yīng)用中的管腔成像非常有益。在這種情況下,感興趣的結(jié)構(gòu)可能距離成像導(dǎo)管還有幾毫米,落在典型的OCT成像窗口之外。較長(zhǎng)的成像深度可以更好地適應(yīng)成像探頭和感興趣區(qū)域之間距離的可變性,從而有助于獲得更好的成像結(jié)果。


通常,成像更深的能力有助于寬場(chǎng)成像,因?yàn)榭梢栽谝淮螔呙柚胁东@曲面的完整輪廓和結(jié)構(gòu)。這對(duì)于材料加工應(yīng)用中的無(wú)損檢測(cè)非常有用,在這些應(yīng)用中,特定的切口或孔可能很深,以及用于增材制造中的復(fù)雜表面輪廓。


面臨的波長(zhǎng)成本難題

SD-OCT的成像范圍取決于中心波長(zhǎng)和光源的帶寬。隨著中心波長(zhǎng)的增加,成像深度也會(huì)增加(以犧牲空間分辨率為代價(jià))。傳統(tǒng)上,當(dāng)>5 mm成像深度時(shí),1300 nm是第一選擇的波長(zhǎng)。而Wasatch Photonics的Cobra 1300光譜儀系列能提供1.4-11.5 mm的成像深度(空氣中),主要取決于帶寬。然而,隨著帶寬的增加,成像深度會(huì)減小。因此,當(dāng)需要更深的成像時(shí),就必須使用較窄帶寬的系統(tǒng)。


盡管1300 nm OCT可以為許多結(jié)構(gòu)的超長(zhǎng)范圍成像提供足夠的深度,但這是有代價(jià)的。使用這種波長(zhǎng)需要配合InGaAs相機(jī),其價(jià)格比用800 nm SD-OCT的CCD或CMOS相機(jī)使用的成本高很多。如果通過轉(zhuǎn)向更短的中心波長(zhǎng)(CWL),光譜儀的成本可以降低約40%,但帶寬(BW)也必須降低,以保持相同的空間分辨率。


然而,當(dāng)800 nm超長(zhǎng)范圍成像系統(tǒng)的帶寬在30 nm以下時(shí),在成像深度為12 mm時(shí),這樣就可以保持等效的空間分辨率。雖然可以增加光譜儀中光柵的色散來實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),但光學(xué)設(shè)計(jì)還必須能夠解析落在每個(gè)相鄰像素上的光。這意味著的光譜分辨率需低于0.02 nm!


如何使用Cobra-S進(jìn)行800 nm的超長(zhǎng)范圍成像


為了將超長(zhǎng)范圍成像的優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為800 nm SD-OCT,Wasatch Photonics運(yùn)用在光譜儀設(shè)計(jì)方面的專業(yè)知識(shí),開發(fā)了具有超精細(xì)光譜分辨率的OCT光譜儀。目前,正在申請(qǐng)的光學(xué)設(shè)計(jì)代表Cobra-S光譜儀系列中的最新型號(hào)CS800-841/28。它能夠在以841 nm為中心的28 nm帶寬上實(shí)現(xiàn)0.015nm分辨率。這足以使成像深度達(dá)到12 mm,將800 nm SD-OCT的范圍擴(kuò)大到原來的三倍。


Wasatch Photonics新的Cobra-S超長(zhǎng)范圍成像型號(hào)旨在通過衍射極限光學(xué)元件和低串?dāng)_探測(cè)器,最大限度地減少衰減。當(dāng)10 mm成像深度下的衰減為<12 dB,即使在擴(kuò)展深度也能確保高清晰度圖像。其空間分辨率與 Cobra 1300系列的同類型號(hào)相似,甚至略好。


由于Cobra-S超長(zhǎng)范圍成像系列的中心波長(zhǎng)較短,盡管在水中的吸收會(huì)更低,組織中的散射依然會(huì)更高。這可能會(huì)略微改變結(jié)構(gòu)的對(duì)比度,并且在某些情況下會(huì)有一定的改善效果,即對(duì)于某些內(nèi)部視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu),例如神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,有更清晰的成像。


用超長(zhǎng)范圍成像OCT開辟新領(lǐng)域
通過在更具成本效益的工作波長(zhǎng)下提供可比的圖像分辨率,800 nm的超長(zhǎng)范圍成像OCT有可能為深度成像在眼科、醫(yī)學(xué)和工業(yè)應(yīng)用中開辟新的機(jī)會(huì)。


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