光子集成电路驱动下的便携式OCT技术

据麦姆斯咨询报道，近期，圣路易斯华盛顿大学（Washington University in St. Louis）的一个研发项目计划开发一种基于光子集成电路（PIC）的便携式光学相干断层扫描（OCT）系统。

在美国高级健康研究计划局（ARPA-H）高达2000万美元的资助下，该便携式OCT系统将能够以更低的成本为更多患者提供先进的眼部筛查，并在心脏病学、皮肤病学、牙科、内窥镜检查和泌尿外科等其它领域中找到新用途。

该资助合同是美国高级健康研究计划局首次征集通过突破性研究和技术进步来实现“改善患者群体、社区、疾病和健康状况的非常规方法”的提案的一部分。

“光子和电子集成电路的集成简化了组装过程并降低了生产成本，使OCT系统更容易为更广泛的医疗机构和患者所使用。”圣路易斯华盛顿大学项目负责人Chao Zhou教授评论道，“在光子芯片上集成组件还可以增强整体稳定性和鲁棒性，使系统不易受到环境影响和破坏，从而确保更长的使用寿命和更低的维护成本。”

Chao Zhou之前在圣路易斯华盛顿大学生物医学工程系的工作包括2020年开发空分复用（SDM）OCT，该技术利用基于MEMS的VCSEL激光源的长相干长度沿单个成像深度复用多个图像。

Chao Zhou表示：“尽管SDM OCT可能比现有OCT扫描快10倍，有助于减小患者移动的影响，但是SDM OCT系统需要大量时间和劳动力来组装每个通道的组件，这限制了其广泛的使用。”

基于光子集成电路（PIC）的便携式OCT系统项目将利用目前先进的CMOS制造技术将OCT系统组件集成在光子芯片中，并简化生产工艺以降低成本。一旦完成功能齐全的便携式PIC OCT设备，研究人员将使用该设备对成人和儿童患者进行研究。

光子集成电路是医疗保健的变革性技术

在一些潜在的临床优势的推动下，将OCT系统的组件集成到芯片上已成为许多研究的主题。一个名为OTChip的欧盟项目于2021年结束，研究如何在混合芯片上集成光子和电子器件（包括干涉仪、光电探测器、放大器和千兆位收发器）以实现并行扫频源OCT通道。

项目团队评论说，圣路易斯华盛顿大学开发新型完全集成的PIC OCT系统仍将面临一些挑战，目前已将研究工作分为从开发组件到测试的八个不同阶段。

在该五年项目结束之时，该团队预计将开发出专门用于眼科成像的光子和电子集成芯片以及便携式PIC OCT原型。光子和电子集成电路的进一步优化和集成可以产生适合葡萄糖传感和便携式皮肤成像等用途的集成图像采集和信号处理引擎。

PIC OCT的最终目标是使该技术更接近成为真正的现场护理选项，作为光子集成电路技术如何在通信和计算以外的领域实现变革的一个例子。

“这种完全集成的便携式PIC OCT系统不仅性能优于传统OCT系统，而且还具有出色的可制造性和鲁棒性，并减少了设备占用空间。”Chao Zhou说，“大规模生产将显著降低制造成本，为未来广泛应用铺平道路。”

审核编辑：黄飞