技术进步为在家中进行OCT眼部成像奠定了基础

廉价的激光器可以增加OCT成像的机会，帮助早期发现眼睛问题

图片说明： 研究人员表明，垂直腔表面发射激光器（VCSEL）二极管可以为扫源光学相干断层扫描（OCT）提供一个较便宜的光源。先进的后处理算法（c，d）被用来改善所得到的图像。资料来源：奥地利维也纳医科大学的Milana Kendrisic

华盛顿--研究人员表明，通常用于电信和激光雷达应用的垂直腔表面发射激光器（VCSEL）二极管可以为扫源光学相干断层扫描（OCT）提供一个较便宜的光源。这一进展可能会导致眼科OCT系统在眼科诊所以外的地方实用，甚至在家里使用。

"研究小组成员、奥地利维也纳医科大学的Milana Kendrisic说："OCT已经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一个标准成像工具。"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，特别是对于家庭护理或护理点的使用。"

尽管单模VSCELs通常使用恒定的电流工作，但研究人员改变了电流以实现扫频源OCT所需的波长或颜色的变化。在Optica出版集团的《光学快报》杂志上，研究人员描述了他们的定制OCT设置，其中包含了一个VCSEL和先进的后处理算法。他们使用该装置在一名健康志愿者身上获得了全眼扫描。

"Kendrisic说："我们想开发一种低成本的OCT设备，可以在普通医生的办公室、药店甚至超市中使用，以便在不去眼科医生那里的情况下进行眼睛检查。"它还可以让老年黄斑变性患者或糖尿病患者的眼睛健康得到家庭式的治疗监测，以监测治疗或及早发现异常变化，避免视力丧失，最终维护生活质量。例如，这可能是通过从保险提供商那里租用一个易于使用的设备来实现的"。

寻找一个更便宜的激光器

扫源OCT是一种相对较新的OCT方法，在2010年开始可用于临床上的眼睛成像。它使用一种随时间改变波长的激光，使眼睛的多个部分得到高质量的可视化。尽管这种新方法揭示的细节正被用来更好地理解和诊断眼部疾病，但扫射源激光器通常要花费数万美元。

在新的工作中，研究人员着手研究是否可以用更便宜的VCSEL二极管来代替昂贵的扫源激光器。虽然VCSEL二极管通常在某个定义明确的波长上产生激光输出束，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。

"Kendrisic说："我们的想法是利用波长随温度变化的不需要的效应，使这些二极管可用于OCT。"我们故意通过在短时间内将驱动电流提升到超出其原始规格的高值来诱发温度变化。随后是一个冷却期，以避免二极管材料的恶化，这让我们在比其他方式更宽的带宽上调整二极管。"

尽管其他小组已经证明VCSELs可以用于OCT，但那些系统并不是为眼睛成像而设计的。因为眼睛里大部分都是水，研究人员使用了一种在850纳米处工作的VCSEL，一个不被水强烈吸收的波长。这使得激光能够穿过眼睛到达视网膜并返回到检测器，而不会因为吸收而失去信号。

"Kendrisic说："即使商业扫频源有更大的光谱带宽，我们表明，即使我们用VCSEL实现的小范围也足以进行OCT。"如果批量购买，这些激光二极管的成本可能低至每个几美元，而且还可以实现大距离测距，这对于覆盖人眼从角膜到视网膜的整个长度来说是必需的。"

获取眼睛的图像

在找出增加VCSEL的电流而不损坏激光器，同时又能确保成像的最佳分辨率的最佳方法后，研究人员将其纳入了一个用于进行眼科OCT成像的光学装置。这个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，表现非常好，特别是在灵敏度和成像深度方面。

然后，他们通过使用该系统对一名健康志愿者的眼睛进行成像测试，并能够提取生物识别信息，如轴向眼长和前房深度，其轴向精度与商业OCT系统相当。该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系统中的潜力。

"Kendrisic说："尽管基于VSCEL的系统在图像质量方面有一些局限性，但它们仍然有潜力在传统OCT系统可能无法获得或负担不起的地区扩大诊断成像的机会并改善病人护理。"我们的论文强调了这项技术在眼科的应用，但是降低OCT设备的价格将使OCT技术也更容易引入其他领域--包括医疗和技术领域。"

在基于VSCEL的系统能够商业化用于眼科检查之前，需要进行大规模的临床研究和源寿命测试，以证明该系统的临床相关性和寿命。

论文： M. Kendrisic, V. Agafonov, M. Salas, L. Ferrara, M. Niederleithner, H. Resch, S. Steiner, C. Vass, W. Drexler, R. A. Leitgeb, "850纳米的热调VCSEL作为全眼SS-OCT的低成本光源替代品，" Opt. Lett., 48, 11, 3079-3082 (2023).

DOI: https://doi.org/10.1364/OL.489050