光子集成電路驅動下的便攜式OCT技術

據麥姆斯咨詢報道，近期，圣路易斯華盛頓大學（Washington University in St. Louis）的一個研發項目計劃開發一種基于光子集成電路（PIC）的便攜式光學相干斷層掃描（OCT）系統。

在美國高級健康研究計劃局（ARPA-H）高達2000萬美元的資助下，該便攜式OCT系統將能夠以更低的成本為更多患者提供先進的眼部篩查，并在心臟病學、皮膚病學、牙科、內窺鏡檢查和泌尿外科等其它領域中找到新用途。

該資助合同是美國高級健康研究計劃局首次征集通過突破性研究和技術進步來實現“改善患者群體、社區、疾病和健康狀況的非常規方法”的提案的一部分。

“光子和電子集成電路的集成簡化了組裝過程并降低了生產成本，使OCT系統更容易為更廣泛的醫療機構和患者所使用?！笔ヂ芬姿谷A盛頓大學項目負責人Chao Zhou教授評論道，“在光子芯片上集成組件還可以增強整體穩定性和魯棒性，使系統不易受到環境影響和破壞，從而確保更長的使用壽命和更低的維護成本?！?/p>

Chao Zhou之前在圣路易斯華盛頓大學生物醫學工程系的工作包括2020年開發空分復用（SDM）OCT，該技術利用基于MEMS的VCSEL激光源的長相干長度沿單個成像深度復用多個圖像。

Chao Zhou表示：“盡管SDM OCT可能比現有OCT掃描快10倍，有助于減小患者移動的影響，但是SDM OCT系統需要大量時間和勞動力來組裝每個通道的組件，這限制了其廣泛的使用?！?/p>

基于光子集成電路（PIC）的便攜式OCT系統項目將利用目前先進的CMOS制造技術將OCT系統組件集成在光子芯片中，并簡化生產工藝以降低成本。一旦完成功能齊全的便攜式PIC OCT設備，研究人員將使用該設備對成人和兒童患者進行研究。

光子集成電路是醫療保健的變革性技術

在一些潛在的臨床優勢的推動下，將OCT系統的組件集成到芯片上已成為許多研究的主題。一個名為OTChip的歐盟項目于2021年結束，研究如何在混合芯片上集成光子和電子器件（包括干涉儀、光電探測器、放大器和千兆位收發器）以實現并行掃頻源OCT通道。

項目團隊評論說，圣路易斯華盛頓大學開發新型完全集成的PIC OCT系統仍將面臨一些挑戰，目前已將研究工作分為從開發組件到測試的八個不同階段。

在該五年項目結束之時，該團隊預計將開發出專門用于眼科成像的光子和電子集成芯片以及便攜式PIC OCT原型。光子和電子集成電路的進一步優化和集成可以產生適合葡萄糖傳感和便攜式皮膚成像等用途的集成圖像采集和信號處理引擎。

PIC OCT的最終目標是使該技術更接近成為真正的現場護理選項，作為光子集成電路技術如何在通信和計算以外的領域實現變革的一個例子。

“這種完全集成的便攜式PIC OCT系統不僅性能優于傳統OCT系統，而且還具有出色的可制造性和魯棒性，并減少了設備占用空間?！盋hao Zhou說，“大規模生產將顯著降低制造成本，為未來廣泛應用鋪平道路?！?/p>

審核編輯：黃飛