研究人員表明，從量子光學(xué)中借用的檢測(cè)技術(shù)可用于以比以前可能的光功率低得多的光功率執(zhí)行光學(xué)相干斷層掃描(OCT)。這可以極大地提高OCT用于醫(yī)學(xué)成像應(yīng)用的成像質(zhì)量。

OCT使用光以非侵入性的方式提供高分辨率的3D圖像。盡管OCT通常用于眼科應(yīng)用，但也可以用于對(duì)身體的許多其他部分(例如皮膚以及耳朵，嘴，動(dòng)脈和胃腸道內(nèi)部)成像。

新西蘭奧克蘭大學(xué)研究小組負(fù)責(zé)人Sylwia Kolenderska說(shuō)：“對(duì)于臨床應(yīng)用而言，能夠以低光功率執(zhí)行OCT至關(guān)重要，因?yàn)榘踩珮?biāo)準(zhǔn)限制了可以使用的光強(qiáng)度水平。”“在某些情況下，這些功率水平不足以實(shí)現(xiàn)良好的圖像質(zhì)量。”

在光學(xué)學(xué)會(huì)(OSA)的《光學(xué)快報(bào)》雜志上，研究人員描述了他們?nèi)绾斡贸瑢?dǎo)單光子探測(cè)器(SSPD)代替標(biāo)準(zhǔn)的OCT探測(cè)器，該技術(shù)是量子光學(xué)中用于區(qū)分單個(gè)光子的技術(shù)。這種設(shè)置使他們能夠獲得良好的圖像質(zhì)量，其功率水平比目前在OCT儀器中使用的功率水平低100萬(wàn)倍。

“將來(lái)，如果可以將單光子檢測(cè)技術(shù)做得更小，更便宜，則可能會(huì)創(chuàng)建一系列基于光成像的便攜式診斷機(jī)，以實(shí)現(xiàn)在家中舒適的安全自診斷目的。” Kolenderska。

捕獲單光子

研究人員在開發(fā)基于量子光的OCT方法時(shí)提出了新的檢測(cè)方案，其中SSPD是中心。他們很快意識(shí)到，SSPD也可以在標(biāo)準(zhǔn)的OCT裝置中使用，以提高靈敏度。

Kolenderska說(shuō)：“由于SSPD可以檢測(cè)單個(gè)光子，因此與目前的OCT機(jī)器相比，使用它們的OCT儀器僅需要極少量的光。”“但是，它仍然可以產(chǎn)生與現(xiàn)有OCT系統(tǒng)相當(dāng)?shù)母呒?xì)節(jié)圖像。”

將SSPD集成到標(biāo)準(zhǔn)OCT系統(tǒng)中需要對(duì)典型的光學(xué)設(shè)置進(jìn)行一些更改?，F(xiàn)代OCT儀器通過(guò)識(shí)別物體反射的光的顏色或波長(zhǎng)來(lái)工作?？梢酝ㄟ^(guò)在光源一次產(chǎn)生一個(gè)波長(zhǎng)的同時(shí)使用單個(gè)像素檢測(cè)器來(lái)執(zhí)行此波長(zhǎng)區(qū)分，也可以使用將光分成不同波長(zhǎng)的衍射光柵(例如棱鏡和檢測(cè)這些波長(zhǎng)的相機(jī))來(lái)完成。

研究人員使用纖維而不是光柵來(lái)分離不同的顏色，每種顏色以不同的速度沿纖維向下移動(dòng)。在光纖的輸出端，他們使用SSPD捕獲在不同時(shí)間到達(dá)的不同顏色。這允許獲取光譜以重建OCT圖像。

低功率光源可產(chǎn)生高質(zhì)量圖像

為了演示新的檢測(cè)方案，研究人員獲取了代表三種生物樣品的三種玻璃杯和一塊洋蔥的OCT圖像。他們獲得了兩個(gè)樣品的高質(zhì)量圖像，其光強(qiáng)度水平比安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的水平低至少五個(gè)數(shù)量級(jí)。

Kolenderska說(shuō)：“我們的結(jié)果表明，這種新的檢測(cè)方法可以對(duì)身體的不同部位，尤其是眼睛等敏感器官進(jìn)行高質(zhì)量的OCT成像，而不必?fù)?dān)心在光功率方面超過(guò)安全水平。”“實(shí)際上，SSPD甚至在達(dá)到安全等級(jí)的1%之前就已經(jīng)損壞，無(wú)法修復(fù)。”

然而，研究人員確實(shí)在他們獲取的OCT圖像中觀察到了偽影，這些偽影與樣品的結(jié)構(gòu)不符。這些出現(xiàn)是因?yàn)闄z測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)到光子之間的各種相互作用，而不僅僅是重建實(shí)際圖像所需的相互作用。他們正在嘗試尋找在不影響成像速度的情況下防止這些偽影的最佳方法，這對(duì)于臨床應(yīng)用而言至關(guān)重要。