據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，近期，圣路易斯華盛頓大學(xué)（Washington University in St. Louis）的一個(gè)研發(fā)項(xiàng)目計(jì)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(guó)高級(jí)健康研究計(jì)劃局（ARPA-H）高達(dá)2000萬(wàn)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(guó)高級(jí)健康研究計(jì)劃局首次征集通過突破性研究和技術(shù)進(jìn)步來實(shí)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(jiǎn)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(xiàng)目負(fù)責(zé)人Chao Zhou教授評(píng)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(zhǎng)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(zhǎng)相干長(zhǎng)度沿單個(gè)成像深度復(fù)用多個(gè)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(dòng)的影響，但是SDM OCT系統(tǒng)需要大量時(shí)間和勞動(dòng)力來組裝每個(gè)通道的組件，這限制了其廣泛的使用。”

基于光子集成電路（PIC）的便攜式OCT系統(tǒng)項(xiàng)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(jiǎn)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(duì)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(shì)的推動(dòng)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(gè)名為OTChip的歐盟項(xiàng)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(cè)器、放大器和千兆位收發(fā)器）以實(shí)現(xiàn)并行掃頻源OCT通道。

項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)評(píng)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(cè)試的八個(gè)不同階段。

在該五年項(xiàng)目結(jié)束之時(shí)，該團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)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(hào)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(chǎng)護(hù)理選項(xiàng)，作為光子集成電路技術(shù)如何在通信和計(jì)算以外的領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)變革的一個(gè)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。”

審核編輯：黃飛