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

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通常用于眼科應用，但也可以用于對身體的許多其他部分(例如皮膚以及耳朵，嘴，動脈和胃腸道內部)成像。

新西蘭奧克蘭大學研究小組負責人Sylwia Kolenderska說：“對于臨床應用而言，能夠以低光功率執(zhí)行OCT至關重要，因為安全標準限制了可以使用的光強度水平。”“在某些情況下，這些功率水平不足以實現(xiàn)良好的圖像質量。”

在光學學會(OSA)的《光學快報》雜志上，研究人員描述了他們如何用超導單光子探測器(SSPD)代替標準的OCT探測器，該技術是量子光學中用于區(qū)分單個光子的技術。這種設置使他們能夠獲得良好的圖像質量，其功率水平比目前在OCT儀器中使用的功率水平低100萬倍。

“將來，如果可以將單光子檢測技術做得更小，更便宜，則可能會創(chuàng)建一系列基于光成像的便攜式診斷機，以實現(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方法時提出了新的檢測方案，其中SSPD是中心。他們很快意識到，SSPD也可以在標準的OCT裝置中使用，以提高靈敏度。

Kolenderska說：“由于SSPD可以檢測單個光子，因此與目前的OCT機器相比，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?shù)母呒毠?jié)圖像。”

將SSPD集成到標準OCT系統(tǒng)中需要對典型的光學設置進行一些更改。現(xiàn)代OCT儀器通過識別物體反射的光的顏色或波長來工作。可以通過在光源一次產(chǎn)生一個波長的同時使用單個像素檢測器來執(zhí)行此波長區(qū)分，也可以使用將光分成不同波長的衍射光柵(例如棱鏡和檢測這些波長的相機)來完成。

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

低功率光源可產(chǎn)生高質量圖像

為了演示新的檢測方案，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。他們獲得了兩個樣品的高質量圖像，其光強度水平比安全標準設定的水平低至少五個數(shù)量級。

Kolenderska說：“我們的結果表明，這種新的檢測方法可以對身體的不同部位，尤其是眼睛等敏感器官進行高質量的OCT成像，而不必擔心在光功率方面超過安全水平。”“實際上，SSPD甚至在達到安全等級的1%之前就已經(jīng)損壞，無法修復。”

然而，研究人員確實在他們獲取的OCT圖像中觀察到了偽影，這些偽影與樣品的結構不符。這些出現(xiàn)是因為檢測系統(tǒng)檢測到光子之間的各種相互作用，而不僅僅是重建實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，這對于臨床應用而言至關重要。