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2026-08-04 18:01:23
光学相干断层成像(OCT)被誉为“光学超声”，是一种能够对生物组织内部微观结构进行高分辨率横断面层析成像的创新技术。与传统成像方法不同，OCT利用低相干光的干涉原理，通过分析被组织吸收后散射回来的光信号来获取深度数据。这种技术能够在不损伤组织的情况下实现原位可视化，无需切除样本或进行复杂处理。OCT系统工作时，将低相干光源发出的光通过光耦合器分为两路 — 参考光和样品光。当这两路光的光程差在光源相干长度范围内时，便会发生干涉，探测器接收这些干涉信号后经计算机处理，最终形成组织的深度结构图像。根据获取干涉光谱方式的不同，OCT主要分为时域OCT(TD-OCT)和傅里叶域OCT(FD-OCT) 两大类。OCT凭借微米级分辨率，能够穿透组织数毫米深度和原位可视的优势，在大多数医学应用场景中都能获得满意的成像效果。尽管OCT技术优势明显，但传统OCT系统体积庞大(约1m³)、成本高昂(约10万美元)、操作复杂且便携性差，限制了其在更广泛医疗场景中的应用。集成光学技术为解决这些挑战提供了全新路径，成为推动OCT系统小型化、低成本化、易操作的核心驱动力。
复旦大学光电研究院/未来信息创新学院李国强教授团队受邀在Intelligent Opto-Electronics 2026年第1期上发表题为“Research progress in integrated optics for optical coherence tomography”的封面综述文章，系统讨论如何通过集成光学技术来优化OCT系统的设计，推动设备小型化，并提升成像技术的性能和创新。同时全面总结了集成光学在OCT领域的研究成果和发展趋势，阐述其工作原理和技术优势，为临床诊断提供更便携、高效的成像工具，对推动精准医疗和个性化治疗具有重要意义，未来有望通过将光学元件(如光源、探测器、分路器等)集成到单一芯片上，实现高分辨率和实时成像。 综述首先阐述了OCT内窥镜的基本原理与系统特性，包括傅里叶域OCT(FD-OCT)的两种主流技术(SD-OCT 与SS-OCT)，以及轴向分辨率、横向分辨率等关键性能参数的影响因素。其中，FD-OCT 通过光谱干涉直接获取深度信息，成像速度和信噪比显著优于传统时域 OCT，成为临床应用的主流选择(图1)。其次，介绍了集成光学芯片的核心技术进展，包括单片集成光源、光电探测器、阵列波导光栅(AWG)等关键器件的研究进展。最后介绍了片上OCT的研究进展。集成光学OCT系统的核心目标是将传统台式设备转变为芯片级解决方案。研究人员已在硅基光子芯片上实现了集成光分束器、马赫-曾德尔干涉仪(MZI)、AWG、延迟线和平衡光电二极管在内的关键功能单元，并取得一定进展，显著减小了系统体积。值得关注的是，针对SD-OCT系统开发的高性能AWG(图2)，以及针对SS-OCT系统的集成组件，均已在实验中展现出优异的成像能力。这些进展标志着OCT技术正从“桌面上的仪器”向“手掌中的设备”转变。 图1 FD-OCT 系统示意图。(a) SD-OCT endoscopy。(b) SS-OCT endoscopy。 图2 基于AWG或者光谱仪的SD-OCT系统示意图。(a) 基于片上AWG的SD-OCT实验系统示意图。(b) 基于片上AWG和分束器的SD-OCT系统示意图。(c) 基于片上AWG的SD-OCT系统示意图。(d) 基于片上AWG的OCT系统与商用OCT系统Zeiss Cirrus 4000眼睛断层成像的对比，其中子图a、d图像为使用AWG1在34kHz下获取；子图c、f图像为使用AWG2在20 kHz下获取；子图b、e图像为使用Zeiss Cirrus 4000获取。(e) 基于片上分束器和AWG或Echelle Grating的SD-OCT示意图。(f) 基于片上微环、AWG和光电探测器阵列的光谱仪显微镜图像。
集成光学OCT技术正朝着完全芯片化、多功能集成和智能化诊断的方向快速发展。未来的研究将致力于解决有源光学器件与无源光学器件集成的挑战(包括主动光学元件和超构表面光学元件)，以及光芯片集成后的封装与测试。未来研究也会朝着更小尺寸内窥镜探头的方向发展，OCT将能够进入更狭窄的解剖空间，实现微创精准诊断。同时，该技术也将朝着多模态成像的方向发展，通过集成OCT与荧光成像、光声成像、共聚焦显微镜等成像技术，提供更全面的组织结构和功能信息。
参考文献： 中国光学期刊网
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