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

在美國高級健康研究計劃局（ARPA-H）高達(dá)2000萬美元的資助下，該便攜式OCT系統(tǒng)將能夠以更低的成本為更多患者提供先進(jìn)的眼部篩查，并在心臟病學(xué)、皮膚病學(xué)、牙科、內(nèi)窺鏡檢查和泌尿外科等其它領(lǐng)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(shù)進(jìn)步來實現(xiàn)“改善患者群體、社區(qū)、疾病和健康狀況的非常規(guī)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(chǎn)成本，使OCT系統(tǒng)更容易為更廣泛的醫(yī)療機(jī)構(gòu)和患者所使用。”圣路易斯華盛頓大學(xué)項目負(fù)責(zé)人Chao Zhou教授評論道，“在光子芯片上集成組件還可以增強(qiáng)整體穩(wěn)定性和魯棒性，使系統(tǒng)不易受到環(huán)境影響和破壞，從而確保更長的使用壽命和更低的維護(hù)成本。”

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

Chao Zhou表示：“盡管SDM OCT可能比現(xiàn)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(tǒng)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(tǒng)項目將利用目前先進(jìn)的CMOS制造技術(shù)將OCT系統(tǒng)組件集成在光子芯片中，并簡化生產(chǎn)工藝以降低成本。一旦完成功能齊全的便攜式PIC OCT設(shè)備，研究人員將使用該設(shè)備對成人和兒童患者進(jìn)行研究。

光子集成電路是醫(yī)療保健的變革性技術(shù)

在一些潛在的臨床優(yōu)勢的推動下，將OCT系統(tǒng)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(jié)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(fā)器）以實現(xiàn)并行掃頻源OCT通道。

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

在該五年項目結(jié)束之時，該團(tuán)隊預(yù)計將開發(fā)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(jìn)一步優(yōu)化和集成可以產(chǎn)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(biāo)是使該技術(shù)更接近成為真正的現(xiàn)場護(hù)理選項，作為光子集成電路技術(shù)如何在通信和計算以外的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)變革的一個例子。

“這種完全集成的便攜式PIC OCT系統(tǒng)不僅性能優(yōu)于傳統(tǒng)OCT系統(tǒng)，而且還具有出色的可制造性和魯棒性，并減少了設(shè)備占用空間。”Chao Zhou說，“大規(guī)模生產(chǎn)將顯著降低制造成本，為未來廣泛應(yīng)用鋪平道路?！?/p>

審核編輯：黃飛