技术进步为家庭OCT眼部成像奠定了基础

研究人员表明，通常用于电信和激光雷达应用的垂直腔面发射激光(VCSEL) 二极管可以为扫描源光学相干断层扫描 (OCT) 提供更便宜的光源。这一进步可能会导致眼科 OCT 系统在眼科诊所外甚至在家中都非常实用。

“OCT 已成为眼科诊断和监测青光眼、黄斑变性和糖尿病相关视网膜病变等疾病的标准成像工具，”来自奥地利维也纳医科大学的研究小组成员 Milana Kendrisic说。“然而，激光源的价格和 OCT 系统的复杂性阻碍了它在诊所和医院之外的可及性，特别是在家庭护理或护理点使用方面。”

尽管单模 VSCEL 通常使用恒定电流工作，但研究人员改变电流以实现扫描源 OCT 所需的波长或颜色的变化。在 Optica Publishing Group 期刊Optics Letters 中，研究人员描述了他们的自定义 OCT 设置，该设置结合了 VCSEL 和高级后处理算法。他们使用该设置对健康志愿者进行全眼扫描。

“我们想开发一种低成本的 OCT 设备，可用于全科医生办公室、药房甚至超市，无需去看眼科医生即可进行眼科检查，”Kendrisic 说。“它还可以允许对年龄相关性黄斑变性患者或糖尿病患者的眼睛健康进行家庭治疗监测，以监测治疗或及早发现异常变化，避免视力丧失并最终保持生活质量。例如，这可以通过从您的保险公司租用易于使用的设备来完成。”

寻找更便宜的激光器

扫描源 OCT 是一种相对较新的 OCT 方法，于 2010 年在临床上可用于眼睛成像。它使用随时间改变波长的激光，以实现眼睛多个部位的高质量可视化。尽管这种新方法揭示了用于更好地理解和诊断眼部疾病的细节，但扫频激光器通常要花费数万美元。

在这项新工作中，研究人员着手研究是否可以使用更便宜的 VCSEL 二极管来代替昂贵的扫频激光器。虽然 VCSEL 二极管通常会产生特定明确波长的激光输出光束，但如果二极管的工作温度发生变化，输出波长也会发生变化。

“我们的想法是利用波长随温度变化的不利影响，使这些二极管可用于 OCT，”Kendrisic 说。“我们通过在短时间内将驱动电流增加到超出其原始规格的高值来故意引起温度变化。接下来是冷却期，以避免二极管材料退化，这让我们可以在比其他方式更宽的带宽上调整二极管。”

尽管其他团队已经证明 VCSEL 可用于 OCT，但这些系统并非为眼睛成像而设计。由于眼睛中大部分充满了水，研究人员使用了工作在 850 nm 波长的 VCSEL，该波长不会被水强烈吸收。这允许激光穿过眼睛到达视网膜并返回到检测器，而不会丢失吸收信号。

“尽管商业扫频源具有更大的光谱带宽，但我们表明，即使我们使用 VCSEL 实现的小范围也足以执行 OCT，”Kendrisic 说。“如果批量购买，这些激光二极管每个的成本可能低至几美元，并且还允许大距离测距，这是覆盖人眼从角膜到视网膜的整个长度所必需的。”

获取眼睛图像

在找到在不损坏激光器的情况下增加 VCSEL 电流同时确保最佳成像分辨率的最佳方法后，研究人员将其整合到光学装置中以执行眼科 OCT 成像。该系统包括一些额外的组件以保持系统性能和先进的后处理算法，性能非常好，尤其是在灵敏度和成像深度方面。

然后，他们通过使用该系统对健康志愿者的眼睛进行成像来测试该系统，并能够提取生物特征信息，例如轴向眼长和前房深度，其轴向精度可与商业 OCT 系统相媲美。结果还显示了该技术在用于安全目的的生物识别眼睛扫描仪系统中的应用潜力。

“虽然基于 VSCEL 的系统在图像质量方面有一些局限性，但它们仍有潜力扩大诊断成像的范围，并在传统 OCT 系统可能无法获得或负担不起的地区改善患者护理，”Kendrisic 说。“我们的论文强调了该技术在眼科应用中的应用，但降低 OCT 设备的价格也将使 OCT 技术更容易引入其他领域——包括医疗和技术领域。”

在将基于 VSCEL 的系统商业化用于眼科检查之前，需要进行大规模临床研究和源寿命测试，以证明该系统的临床相关性和使用寿命。