受量子启发的方法大大降低了光学相干断层扫描所需的光功率

研究人员表明，从量子光学中借用的检测技术可用于以比以前可能的光功率低得多的光功率执行光学相干断层扫描(OCT)。这可以极大地提高OCT用于医学成像应用的成像质量。

OCT使用光以非侵入性的方式提供高分辨率的3D图像。尽管OCT通常用于眼科应用，但也可以用于对身体的许多其他部分(例如皮肤以及耳朵，嘴，动脉和胃肠道内部)成像。

新西兰奥克兰大学研究小组负责人Sylwia Kolenderska说：“对于临床应用而言，能够以低光功率执行OCT至关重要，因为安全标准限制了可以使用的光强度水平。”“在某些情况下，这些功率水平不足以实现良好的图像质量。”

在光学学会(OSA)的《光学快报》杂志上，研究人员描述了他们如何用超导单光子探测器(SSPD)代替标准的OCT探测器，该技术是量子光学中用于区分单个光子的技术。这种设置使他们能够获得良好的图像质量，其功率水平比目前在OCT仪器中使用的功率水平低100万倍。

“将来，如果可以将单光子检测技术做得更小，更便宜，则可能会创建一系列基于光成像的便携式诊断机，以实现在家中舒适的安全自诊断目的。” Kolenderska。

捕获单光子

研究人员在开发基于量子光的OCT方法时提出了新的检测方案，其中SSPD是中心。他们很快意识到，SSPD也可以在标准的OCT装置中使用，以提高灵敏度。

Kolenderska说：“由于SSPD可以检测单个光子，因此与目前的OCT机器相比，使用它们的OCT仪器仅需要极少量的光。”“但是，它仍然可以产生与现有OCT系统相当的高细节图像。”

将SSPD集成到标准OCT系统中需要对典型的光学设置进行一些更改。现代OCT仪器通过识别物体反射的光的颜色或波长来工作。可以通过在光源一次产生一个波长的同时使用单个像素检测器来执行此波长区分，也可以使用将光分成不同波长的衍射光栅(例如棱镜和检测这些波长的相机)来完成。

研究人员使用纤维而不是光栅来分离不同的颜色，每种颜色以不同的速度沿纤维向下移动。在光纤的输出端，他们使用SSPD捕获在不同时间到达的不同颜色。这允许获取光谱以重建OCT图像。

低功率光源可产生高质量图像

为了演示新的检测方案，研究人员获取了代表三种生物样品的三种玻璃杯和一块洋葱的OCT图像。他们获得了两个样品的高质量图像，其光强度水平比安全标准设定的水平低至少五个数量级。

Kolenderska说：“我们的结果表明，这种新的检测方法可以对身体的不同部位，尤其是眼睛等敏感器官进行高质量的OCT成像，而不必担心在光功率方面超过安全水平。”“实际上，SSPD甚至在达到安全等级的1%之前就已经损坏，无法修复。”

然而，研究人员确实在他们获取的OCT图像中观察到了伪影，这些伪影与样品的结构不符。这些出现是因为检测系统检测到光子之间的各种相互作用，而不仅仅是重建实际图像所需的相互作用。他们正在尝试寻找在不影响成像速度的情况下防止这些伪影的最佳方法，这对于临床应用而言至关重要。

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