作者： 时间：2022-01-10
光学相干断层扫描(Optical coherence tomography，OCT)这种光谱技术已在生物医学应用中使用了约20年。它已经发展成为一种标准的非侵入性检查，可生成细节丰富的活组织横截面图像。由于IR红外光谱中的波长更长的特点以及InGaAs相机的可用性，所以OCT扫描仪现在可以更深入地穿透人体组织。其中Xenics红外相机中的高分辨率InGaAs相机，得益于InGaAs传感器的灵敏度而扩展应用到NIR(SWIR)近红外波段。本文介绍了有利于生物医学红外光学OCT红外相机，InGaAs相机的生物医学应用的技术改进。
OCT性能及其对生物医学用途的适用性，尤其是在近红外领域，很大程度上取决于检测器技术和相机设计。现在扩展到短波红外SWIR或近红外NIR光谱，而OCT应用波长约为1300 nm的照明光束穿透最深达几毫米的不透明组织，从而实现空间分辨率微米范围。OCT作为皮肤病学或牙科诊断检查程序，无需物理接触或外科侵入性程序即可拍摄较低、隐藏的活组织层的横截面图像，可以集成到医疗系统中以进行早期皮肤癌检测。
图1 通过可见光波段OCT扫描进行眼睛检查
作为超声波探测技术的高频电磁等效物，OCT可提供达到微米级别的高分辨率的图像。对于穿透深度取决于要检查的材料和使用的波长，在红外光谱中，OCT红外相机在人体组织检查上的穿透深度可以轻松达到6毫米以上。对于短波SWIR近红外光谱信号的检测，传统的CMOS或CCD图像传感器是不够的，因为它们的灵敏度仅限于可见光谱。而采用了InGaAs传感器可显著提高SWIR灵敏度。其中Xenics红外相机中，一款新型的高分辨率InGaAs相机提 1英寸长的2,048像素线性阵列，以12.5 µm x 12.5 µm像素格式排列。相机InGaAs传感器的更高分辨率将OCT的范围扩展到更高空间分辨率的应用，从而完善了InGaAs相机的生物医学应用。
图2 InGaAs探测器，线扫描传感器
新相机包含一个线性InGaAs探测器阵列，带有专门设计的CMOS高集成读出电路。InGaAs传感器的灵敏度很好地扩展到NIR(SWIR)近红外波段，覆盖0.9 µm到1.7 µm之间的波长，这远超出了CMOS和CCD的波段范围。相机开发的实际重点是用于短波SWIR区域的高分辨率线扫描和二维相机和探测器。这适合有针对性的生物医学应用，例如眼科、皮肤科和牙科。特别是在生物医学应用中，还有两个考虑因素：首先，光必须尽可能深入地穿透组织。其次，由于测量和图像捕获基于光谱干扰，因此需要速度和光谱分辨率才能获得出色的深度分辨率以及表面分辨率的传感器速度。传感器或系统速度是在合理的采集时间进行表面扫描的必要条件，需要高光谱分辨率以仔细检查待检查组织中的小特征。InGaAs传感器的小轮廓还导致在相同视场下的光学器件成本更低，Xenics红外相机可以提供更多种类的可用镜头。传感器较短的总长度使其可配置为单个探测器阵列。它在通常仅容纳1024个像素（25 µm间距）的阵列长度上分布其2048个较小的像素（12.5 µm间距）。
OCT设备已经上市多年，技术的进步将使OCT成像在生物医学领域得到更广泛的应用，以取代或补充当今的一些诊断工具和医疗程序。InGaAs相机的生物医学应用在未来设备的发展中，例如手持式OCT扫描仪，以检测和可视化非黑色素瘤皮肤癌NMSC。Xenics开发了一种新的线性InGaAs相机，它特别适用于OCT红外相机应用。该高分辨率InGaAs相机可广泛地配置，以适应检测器参数而获得更高的系统性能。由于Xenics红外相机的InGaAs传感器包含CMOS读出电路，因此它可以通过实现数字集成片上预处理功能专门为应用量身定制。
图3 Xenics的InGaAs传感器的Lynx线扫描相机
