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OCT光谱仪Cobra-S 实现超长范围成像,助力医学精准诊疗

更新时间:2023-03-21 点击量:448

什么是OCT?
OCT全称叫光学相干层析成像,是一种新型三维层析成像技术。OCT最早被应用于眼科领域,近年来随着技术的成熟与创新,逐步应用于更多医学领域。

与传统的800 nm OCT成像相比,使用Wasatch Photonics CS841-28/800对眼睛进行超长范围成像可以更深入地穿透眼睛。


OCT成像传统上是需要在单次扫描中使用更长的波长来探测大于几毫米的深度,因而带来了与NIR探测器相关的成本更高。为了解决这个矛盾,美国Wasatch Photonics公司开发了一种新型的OCT光谱仪Cobra-S 800,可以使用800 nm OCT实现高达12 mm的成像深度,为超长范围成像在眼科、医学和无损检测中的经济高效应用开辟了新的可能性。

为什么要超长范围成像?
在眼科,超长范围成像有利于检查从角膜到晶状体的整个前房,因为它可以在更短的时间内获得更完整的眼睛图像来评估眼睛健康状况。如果配置得当,它甚至可以对整个眼睛进行成像。它还有助于视网膜的宽场成像,其视网膜的曲率需要更大范围的成像深度,特别是在临床环境中,患者是不太可能保持静止。

新型Cobra-S 800超长范围成像光谱仪CS800-831/28拍摄的眼睛、前房和晶状体图像。


在医学上,远距离OCT对于血管内和胃肠道应用中的管腔成像非常有益。在这种情况下,感兴趣的结构可能距离成像导管还有几毫米,落在典型的OCT成像窗口之外。较长的成像深度可以更好地适应成像探头和感兴趣区域之间距离的可变性,从而有助于获得更好的成像结果。


通常,成像更深的能力有助于宽场成像,因为可以在一次扫描中捕获曲面的完整轮廓和结构。这对于材料加工应用中的无损检测非常有用,在这些应用中,特定的切口或孔可能很深,以及用于增材制造中的复杂表面轮廓。


面临的波长成本难题

SD-OCT的成像范围取决于中心波长和光源的带宽。随着中心波长的增加,成像深度也会增加(以牺牲空间分辨率为代价)。传统上,当>5 mm成像深度时,1300 nm是第一选择的波长。而Wasatch Photonics的Cobra 1300光谱仪系列能提供1.4-11.5 mm的成像深度(空气中),主要取决于带宽。然而,随着带宽的增加,成像深度会减小。因此,当需要更深的成像时,就必须使用较窄带宽的系统。


尽管1300 nm OCT可以为许多结构的超长范围成像提供足够的深度,但这是有代价的。使用这种波长需要配合InGaAs相机,其价格比用800 nm SD-OCT的CCD或CMOS相机使用的成本高很多。如果通过转向更短的中心波长(CWL),光谱仪的成本可以降低约40%,但带宽(BW)也必须降低,以保持相同的空间分辨率。


然而,当800 nm超长范围成像系统的带宽在30 nm以下时,在成像深度为12 mm时,这样就可以保持等效的空间分辨率。虽然可以增加光谱仪中光栅的色散来实现这一点,但光学设计还必须能够解析落在每个相邻像素上的光。这意味着的光谱分辨率需低于0.02 nm!


如何使用Cobra-S进行800 nm的超长范围成像


为了将超长范围成像的优势转化为800 nm SD-OCT,Wasatch Photonics运用在光谱仪设计方面的专业知识,开发了具有超精细光谱分辨率的OCT光谱仪。目前,正在申请的光学设计代表Cobra-S光谱仪系列中的最新型号CS800-841/28。它能够在以841 nm为中心的28 nm带宽上实现0.015nm分辨率。这足以使成像深度达到12 mm,将800 nm SD-OCT的范围扩大到原来的三倍。


Wasatch Photonics新的Cobra-S超长范围成像型号旨在通过衍射极限光学元件和低串扰探测器,最大限度地减少衰减。当10 mm成像深度下的衰减为<12 dB,即使在扩展深度也能确保高清晰度图像。其空间分辨率与 Cobra 1300系列的同类型号相似,甚至略好。


由于Cobra-S超长范围成像系列的中心波长较短,尽管在水中的吸收会更低,组织中的散射依然会更高。这可能会略微改变结构的对比度,并且在某些情况下会有一定的改善效果,即对于某些内部视网膜结构,例如神经节细胞,有更清晰的成像。


用超长范围成像OCT开辟新领域
通过在更具成本效益的工作波长下提供可比的图像分辨率,800 nm的超长范围成像OCT有可能为深度成像在眼科、医学和工业应用中开辟新的机会。


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