Una colaboración entre la industria y el mundo académico ha logrado las primeras imágenes de tomografía de coherencia óptica (OCT) de volúmenes de metros cúbicos. Con la capacidad de OCT para proporcionar información difícil de obtener sobre la composición del material, estructura del subsuelo, revestimientos, rugosidad superficial y otras propiedades, Este avance podría abrir muchos usos nuevos para OCT en la industria, fabricación y medicina. El logro también representa un progreso importante hacia el desarrollo de una sistema OCT de bajo costo en un solo chip de circuito integrado.

"Nuestro estudio demuestra resultados récord mundiales en imágenes de volumen de metros cúbicos, con al menos un orden de magnitud mayor rango de profundidad y volumen en comparación con demostraciones anteriores de OCT tridimensional, "dijo James G. Fujimoto del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), Massachusetts. "Estos resultados proporcionan una demostración de prueba de principio para el uso de OCT en este nuevo régimen".

OCT, inventado por primera vez por el grupo y colaboradores de Fujimoto en la década de 1990, es ahora el estándar de atención en oftalmología y se usa cada vez más en cardiología y gastroenterología. Aunque OCT proporciona imágenes tridimensionales útiles con resolución a escala micrométrica, se ha limitado a obtener imágenes de profundidades de unos pocos milímetros a unos pocos centímetros.

En la revista de The Optical Society para investigaciones de alto impacto, Optica , los investigadores informan de alta velocidad, Imágenes OCT 3-D con resolución de 15 micrones en un área de 1,5 metros. Demostraron el nuevo enfoque de OCT mediante imágenes de un maniquí, una bicicleta y modelos de un cerebro y un cráneo humanos. También realizaron mediciones de objetos que varían en escala de metros a micrones.

Varias escalas en rangos largos

Además de las ventajas de las altas velocidades y la resolución fina, OCT permite la obtención de imágenes, perfilado y medición de distancias a múltiples profundidades simultáneamente mientras rechaza la luz parásita.

"La OCT de largo alcance es una nueva gama de funcionamiento que requiere fuentes de luz de rendimiento extremadamente alto, receptores ópticos integrados y procesamiento de señales, "Dijo Fujimoto. El rango en OCT se refiere al rango de profundidad sobre el cual se pueden tomar medidas simultáneamente. Es posible colocar el centro del rango de OCT muy cerca o lejos del instrumento de imagen.

La nueva técnica podría ser particularmente útil para entornos industriales y de fabricación, donde potencialmente podría usarse para monitorear procesos, tomar medidas técnicas y evaluar materiales de forma no destructiva. La OCT a gran escala también podría mejorar las imágenes médicas, por ejemplo, proporcionando mediciones tridimensionales en laparoscopia o mapeando estructuras como las vías respiratorias superiores.

Los avances en telecomunicaciones traen mejoras OCT

La fuente de luz que permite la OCT de rango de medidor es un láser emisor de superficie de cavidad vertical sintonizable (VCSEL) desarrollado por Thorlabs Inc. y Praevium Research. Utiliza un dispositivo MEMS para cambiar rápidamente, o barrer, la longitud de onda del láser a lo largo del tiempo para realizar lo que se denomina OCT de fuente de barrido.

"La investigación de nuestro grupo en MIT y nuestros colaboradores en Praevium Research y Thorlabs indicó que la longitud de coherencia de la fuente VCSEL era órdenes de magnitud más largas que otras tecnologías de láser de barrido adecuadas para OCT, que sugirió la posibilidad de imágenes de OCT de largo alcance, "dijo Ben Potsaid de MIT y Thorlabs Inc., coautor del artículo.

Aunque los investigadores del MIT han experimentado con la fuente de luz VCSEL durante varios años, la detección de luz y la adquisición de datos siguieron siendo un desafío. Estos obstáculos fueron superados por componentes ópticos avanzados diseñados para aplicaciones de telecomunicaciones.

En el nuevo trabajo Los investigadores utilizaron un nuevo receptor óptico coherente de fotónica de silicio desarrollado por Acacia Communications que reemplazó varios componentes OCT voluminosos con ópticas integradas en un pequeño, bajo costo, circuito integrado fotónico de un solo chip (PIC). En tono rimbombante, El receptor PIC admite frecuencias eléctricas muy altas y una amplia gama de longitudes de onda ópticas requeridas para OCT de fuente de barrido, al tiempo que permite lo que se conoce como detección de cuadratura. que duplica el rango de imágenes OCT para una determinada velocidad de adquisición de datos.

"El desarrollo de OCT a principios de la década de 1990 se benefició enormemente de los componentes y métodos utilizados en las comunicaciones por fibra óptica, "dijo Fujimoto." Y aún así, 25 años después, los avances en la industria de las comunicaciones ópticas continúan beneficiando enormemente a OCT ".

En el papel, Los investigadores demostraron que la OCT de rango de metro puede obtener una señal fuerte de superficies de diferentes geometrías y materiales. Sus pruebas también indicaron que el rendimiento de la técnica no ha alcanzado los límites fundamentales para la fuente láser VCSEL o el receptor PIC.

OCT en un chip

Los investigadores están trabajando para desarrollar y utilizar incluso más componentes de alta velocidad con el objetivo de acelerar los pasos de adquisición y procesamiento de datos. Eventualmente, esto podría permitir la obtención de imágenes OCT en tiempo real utilizando chips de circuitos integrados personalizados.

"A medida que avanza la tecnología PIC, uno puede esperar de manera realista sistemas OCT completos en un solo chip dentro de los próximos cinco años, reduciendo drásticamente el tamaño y el costo, "dijo Chris Doerr de Acacia Communications, coautor del artículo. "Esto permitiría a más personas en todo el mundo beneficiarse de OCT y abrir nuevas aplicaciones".