OCT光譜儀Cobra-S實現(xiàn)超深遠距離成像

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對眼睛進行遠距離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的波長來探測大于幾毫米的深度，因而帶來了與NIR探測器相關(guān)的成本更高。

為了解決這個矛盾，美國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實現(xiàn)高達12 mm的成像深度，為遠距離成像在眼科、醫(yī)學(xué)和無損檢測中的經(jīng)濟高效應(yīng)用開辟了新的可能性。

為什么要遠距離成像？

在眼科，遠距離成像有利于檢查從角膜到晶狀體的整個前房，因為它可以在更短的時間內(nèi)獲得更完整的眼睛圖像來評估眼睛健康狀況。

如果配置得當(dāng)，它甚至可以對整個眼睛進行成像。它還有助于視網(wǎng)膜的寬場成像，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遠距離成像光譜儀CS800-831/28拍攝的眼睛、前房和晶狀體圖像。

在醫(yī)學(xué)上，遠距離OCT對于血管內(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成像，因為可以在一次掃描中捕獲曲面的完整輪廓和結(jié)構(gòu)。這對于材料加工應(yīng)用中的無損檢測非常有用，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。

面臨的波長成本難題

SD-OCT的成像范圍取決于中心波長和光源的帶寬。隨著中心波長的增加，成像深度也會增加（以犧牲空間分辨率為代價）。傳統(tǒng)上，當(dāng)>5 mm成像深度時，1300 nm是首選波長。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，成像深度會減小。因此，當(dāng)需要更深的成像時，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)的遠距離成像提供足夠的深度，但這是有代價的。使用這種波長需要配合InGaAs相機，其價格比用800 nm SD-OCT的CCD或CMOS相機使用的成本高很多。如果通過轉(zhuǎn)向更短的中心波長（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遠距離成像系統(tǒng)的帶寬在30 nm以下時，在成像深度為12 mm時，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現(xiàn)這一點，但光學(xué)設(shè)計還必須能夠解析落在每個相鄰像素上的光。這意味著極高的光譜分辨率需低于0.02 nm！

如何使用Cobra-S進行800 nm的遠距離成像

為了將遠距離成像的優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為800 nm SD-OCT，Wasatch Photonics運用在光譜儀設(shè)計方面的專業(yè)知識，開發(fā)了具有超精細光譜分辨率的OCT光譜儀。目前，正在申請專利的光學(xué)設(shè)計代表Cobra-S光譜儀系列中的最新型號CS800-841/28。它能夠在以841 nm為中心的28 nm帶寬上實現(xiàn)0.015nm分辨率。這足以使成像深度達到12 mm，將800 nm SD-OCT的范圍擴大到原來的三倍。

Wasatch Photonics新的Cobra-S遠距離成像型號旨在通過衍射極限光學(xué)元件和低串?dāng)_探測器，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系列的同類型號相似，甚至略好。

由于Cobra-S遠距離成像模型的中心波長較短，盡管在水中的吸收會更低，組織中的散射依然會更高。這可能會略微改變結(jié)構(gòu)的對比度，并且在某些情況下會有一定的改善效果，即對于某些內(nèi)部視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)，例如神經(jīng)節(jié)細胞，有更清晰的成像。

用遠距離成像開辟新世界

通過在更具成本效益的工作波長下提供可比的圖像分辨率，800 nm的遠距離成像OCT有可能為遠距離成像在眼科、醫(yī)學(xué)和工業(yè)應(yīng)用中開辟新的機會。

審核編輯：劉清