VCSEL可在家中实现眼部成像

奥地利科学家称，有种价格低廉的激光有助于及早发现眼部问题

奥地利维也纳医科大学的研究人员表明，VCSEL二极管可为扫描源光学相干断层扫描(OCT)提供更便宜的光源。这一进步可能使眼科OCT系统在眼科诊所外，甚至在家中的使用成为可能。

研究小组成员Milana Kendrisic说，“OCT已成为眼科的标准成像工具，用于诊断和监测青光眼、黄斑变性、糖尿病引起的视网膜病变等疾病。然而，激光源的价格，以及OCT系统的复杂性阻碍了其在诊所和医院之外的使用，特别在家庭护理或定点照护中的使用。”

尽管单模VSCEL通常在恒定电流下运作，但研究人员改变了电流以实现扫描源OCT所需的波长或颜色变化。在“850 nm的热调谐VCSEL用作全眼SS-OCT的低成本替代源”一文中，研究人员描述了他们的定制OCT装置，该装置结合了VCSEL和高级后处理算法。研究人员使用该装置对健康志愿者进行全眼扫描。

Kendrisic说，“我们希望开发一种低成本的OCT设备，使患者无需去看眼科医生，在全科医生办公室、药房甚至超市中就可以进行眼科检查。该设备还可以对年龄引起的黄斑变性患者，或糖尿病患者的眼部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，最终达到保持生活质量的目的。例如，这种易用设备可能是从你投保的保险公司租。”

寻找更便宜的激光

扫描源OCT是一种相对较新的OCT方法，2010年在临床上用于眼睛成像。使用的是随时间改变波长的激光，实现了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，但扫描源激光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描源激光。虽然VCSEL二极管通常会产生特定的有明确波长的激光输出光束，但如果二极管的运作温度发生变化，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而变化这一不利影响，使这些二极管可用于OCT。我们在短时间内将驱动电流增加到高出其原始规格的值，以此人为地引起温度变化。接下来是冷却期，防止二极管材料损坏，让我们可以在比其他方式更宽的带宽上调谐二极管。”

尽管其他团队已经证明VCSEL可用于OCT，但这些系统并非是为眼部成像而设计的。因为眼睛中水的含量很高，研究人员使用了在850 nm波长运作的VCSEL，水对该波长的吸收力并不强。这使得激光不会因为水的吸收而丢失信号，可以穿过眼睛到达视网膜并返回到检测器。

Kendrisic说，“尽管商业扫描源具有更大的光谱带宽，但我们已经表明，即使使用VCSEL实现的小范围也足以运行OCT。如果批量购买，每个激光二极管的价格可能低至几美元，并且还可以远距离测距，这对覆盖从角膜到视网膜的人眼全长来说是必需的。”

获取眼部图像

在找到不损坏激光的情况下增加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实现眼科OCT成像。该系统包括一些额外的组件以维持系统性能和高级后处理算法，其性能非常好，尤其是在灵敏度和成像深度方面。

然后，他们对健康志愿者进行眼部成像来测试该系统，并能够提取生物识别信息，例如轴向眼长和前房深度，其轴向精度可与商用OCT系统相媲美。结果还显示了在以安全为目的的生物识别眼睛扫描系统中，该技术具有应用潜力。

Kendrisic说，“虽然基于VSCEL的系统在图像质量方面有一些局限性，但仍有潜力扩大诊断成像的使用范围，并改善无法获得或负担不起传统OCT系统地区的患者护理。我们的论文强调了该技术在眼科中的应用，但降低OCT设备的价格也将使其他领域更容易引入OCT技术，如医疗和技术领域。”

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。

参考文献

M. Kendrisic等；光学快报（Optics Letters）, 48, 11, 3079-3082 (2023)