«Наше исследование демонстрирует результаты мирового рекорда в области визуализации кубических метров с как минимум на порядок большим диапазоном глубины и объема по сравнению с предыдущими демонстрациями трехмерной ОКТ», — сказал Джеймс Дж. Фудзимото из Массачусетского технологического института (MIT). ), Массачусетс. «Эти результаты служат доказательством принципиальной возможности использования OCT в этом новом режиме».ОКТ, впервые изобретенная группой Фудзимото и сотрудниками в 1990-х годах, в настоящее время является стандартом лечения в офтальмологии и все чаще используется в кардиологии и гастроэнтерологии.
Хотя ОКТ обеспечивает полезные трехмерные изображения с микронным разрешением, оно ограничено глубиной изображения от миллиметров до нескольких сантиметров.В журнале оптических исследований Optica исследователи сообщают о высокоскоростной трехмерной ОКТ-визуализации с разрешением 15 микрон на площади 1,5 метра. Они продемонстрировали новый подход ОКТ, визуализировав манекен, велосипед и модели человеческого мозга и черепа. Они также провели измерения объектов в масштабе от метров до микрон.
Несколько шкал на больших расстоянияхВ дополнение к преимуществам высокой скорости и высокого разрешения, ОКТ позволяет одновременно получать изображения, профилировать и измерять расстояния на нескольких глубинах, исключая рассеянный свет.
«ОКТ на больших расстояниях — это новый диапазон операций, требующий чрезвычайно эффективных источников света, интегрированных оптических приемников и обработки сигналов», — сказал Фудзимото. Диапазон в ОКТ относится к диапазону глубин, в котором измерения могут проводиться одновременно. Можно расположить центр диапазона ОКТ очень близко или далеко от прибора для визуализации.
Новый метод может быть особенно полезен для промышленных и производственных установок, где он потенциально может быть использован для мониторинга процессов, проведения технических измерений и неразрушающей оценки материалов. Макромасштабная ОКТ также может улучшить медицинскую визуализацию, например, путем обеспечения трехмерных измерений при лапароскопии или картирования структур, таких как верхние дыхательные пути.Достижения в области телекоммуникаций приносят улучшения OCT
Источником света, который обеспечивает ОКТ метрового диапазона, является перестраиваемый лазер с поверхностным излучением с вертикальным резонатором (VCSEL), разработанный Thorlabs Inc. и Praevium Research. Он использует устройство MEMS для быстрого изменения или изменения длины волны лазера с течением времени для выполнения так называемой ОКТ с разверткой источника.
«Исследования, проведенные нашей группой в Массачусетском технологическом институте и нашими сотрудниками из Praevium Research и Thorlabs, показали, что длина когерентности источника VCSEL была на несколько порядков больше, чем у других лазерных технологий с разверткой, подходящих для ОКТ, что предполагает возможность получения изображений ОКТ на больших расстояниях», сказал Бен Потсайд из Массачусетского технологического института и Thorlabs Inc., соавтор статьи.Хотя исследователи Массачусетского технологического института экспериментировали с источником света VCSEL в течение нескольких лет, обнаружение света и сбор данных оставались проблемой. Эти препятствия были преодолены с помощью передовых оптических компонентов, разработанных для телекоммуникационных приложений.
В своей новой работе исследователи использовали новый кремниевый когерентный оптический приемник фотоники, разработанный Acacia Communications, который заменил несколько громоздких компонентов OCT интегрированной оптикой на крошечной недорогой однокристальной фотонной интегральной схеме (PIC). Важно отметить, что приемник PIC поддерживает очень высокие электрические частоты и широкий диапазон длин оптических волн, необходимых для ОКТ с качающимся источником, а также обеспечивает так называемое квадратурное обнаружение, которое удваивает диапазон визуализации ОКТ при заданной скорости сбора данных.«Развитие OCT в начале 1990-х годов во многом основывалось на использовании компонентов и методов волоконно-оптической связи», — сказал Фудзимото. «И все же, 25 лет спустя, достижения в области оптической связи продолжают приносить огромную пользу OCT».В статье исследователи показали, что ОКТ метрового диапазона может получать сильный сигнал от поверхностей различной геометрии и материалов.
Их испытания также показали, что производительность метода не достигла основных пределов для лазерного источника VCSEL или приемника PIC.ОКТ-на-чипе
Исследователи работают над разработкой и использованием еще более дешевых высокоскоростных компонентов с целью ускорения этапов сбора и обработки данных. В конечном итоге это может позволить получать изображения ОКТ в реальном времени с использованием специализированных интегральных микросхем.
«Поскольку технология PIC продолжает развиваться, можно реально ожидать, что в ближайшие пять лет будут созданы полноценные системы OCT на одном кристалле, что значительно снизит размер и стоимость», — сказал Крис Дорр из Acacia Communications, соавтор статьи. «Это позволит большему количеству людей во всем мире пользоваться преимуществами OCT и открывать новые приложения».