Uma colaboração acadêmica da indústria conseguiu as primeiras imagens de tomografia de coerência óptica (OCT) de volumes de metros cúbicos. Com a capacidade da OCT de fornecer informações difíceis de obter sobre a composição do material, estrutura de subsuperfície, revestimentos, rugosidade da superfície e outras propriedades, este avanço pode abrir muitos novos usos para OCT na indústria, fabricação e medicina. A conquista também representa um progresso importante para o desenvolvimento de um sistema de alta velocidade, sistema OCT de baixo custo em um único chip de circuito integrado.

"Nosso estudo demonstra resultados recordes mundiais em imagens de volume por metro cúbico, com, pelo menos, uma ordem de magnitude maior de intervalo de profundidade e volume em comparação com as demonstrações anteriores de OCT tridimensional, "disse James G. Fujimoto, do Massachusetts Institute of Technology (MIT), Massachusetts. "Esses resultados fornecem uma demonstração de prova de princípio para o uso de OCT neste novo regime."

OCT, inventado pela primeira vez pelo grupo e colaboradores de Fujimoto na década de 1990, agora é o padrão de atendimento em oftalmologia e é cada vez mais usado em cardiologia e gastroenterologia. Embora a OCT forneça imagens 3D úteis com resolução em escala de mícron, foi limitado a profundidades de imagem de apenas alguns milímetros a alguns centímetros.

No jornal da The Optical Society para pesquisas de alto impacto, Optica , os pesquisadores relatam alta velocidade, Imagem de OCT 3-D com resolução de 15 mícrons em uma área de 1,5 metro. Eles demonstraram a nova abordagem de OCT por meio de imagens de um manequim, uma bicicleta e modelos de cérebro e crânio humanos. Eles também realizaram medições de objetos que variam em escala de metros a mícrons.

Múltiplas escalas em longos intervalos

Além das vantagens de alta velocidade e resolução fina, OCT permite imagens, perfil e medição de distância em várias profundidades simultaneamente, rejeitando luz dispersa.

"OCT de longo alcance é uma nova faixa de operação que requer fontes de luz de desempenho extremamente alto, receptores ópticos integrados e processamento de sinal, ", Disse Fujimoto. O alcance em OCT se refere ao intervalo de profundidade sobre o qual as medições podem ser feitas simultaneamente. É possível posicionar o centro do intervalo de OCT muito próximo ou longe do instrumento de imagem.

A nova técnica pode ser particularmente útil para ambientes industriais e de manufatura, onde pode ser potencialmente usado para monitorar processos, fazer medições técnicas e avaliar materiais de forma não destrutiva. A OCT em macroescala também pode melhorar a imagem médica, por exemplo, fornecendo medições tridimensionais em laparoscopia ou mapeando estruturas como as vias aéreas superiores.

Avanços de telecomunicações trazem melhorias de OCT

A fonte de luz que permite a OCT de alcance do medidor é um laser de emissão superficial de cavidade vertical sintonizável (VCSEL) desenvolvido pela Thorlabs Inc. e Praevium Research. Ele usa um dispositivo MEMS para mudar rapidamente, ou varrer, o comprimento de onda do laser ao longo do tempo para realizar o que é chamado de OCT de fonte de varredura.

"A pesquisa de nosso grupo no MIT e de nossos colaboradores na Praevium Research and Thorlabs indicou que o comprimento de coerência da fonte VCSEL era muito maior do que outras tecnologias de laser de varredura adequadas para OCT, que sugeriu a possibilidade de imagens de OCT de longo alcance, "disse Ben Potsaid do MIT and Thorlabs Inc., co-autor do artigo.

Embora os pesquisadores do MIT tenham feito experiências com a fonte de luz VCSEL por vários anos, a detecção de luz e a aquisição de dados continuaram sendo um desafio. Esses obstáculos foram superados por componentes ópticos avançados projetados para aplicações de telecomunicações.

No novo trabalho, os pesquisadores usaram um novo receptor ótico coerente fotônico de silício desenvolvido pela Acacia Communications que substituiu vários componentes OCT volumosos por ótica integrada em um minúsculo, baixo custo, circuito integrado fotônico de chip único (PIC). Mais importante, o receptor PIC suporta as frequências elétricas muito altas e ampla gama de comprimentos de onda óticos necessários para OCT de fonte de varredura, permitindo também o que é conhecido como detecção de quadratura, que dobra o intervalo de imagem de OCT para uma determinada velocidade de aquisição de dados.

"O desenvolvimento da OCT no início da década de 1990 se beneficiou muito dos componentes e métodos usados ​​nas comunicações de fibra óptica, "disse Fujimoto." E ainda assim, 25 anos depois, os avanços na indústria de comunicações ópticas continuam a beneficiar muito a OCT. "

No papel, os pesquisadores mostraram que a OCT de alcance métrico pode obter um sinal forte de superfícies de geometria e materiais variados. Seus testes também indicaram que o desempenho da técnica não atingiu os limites fundamentais para a fonte laser VCSEL ou receptor PIC.

OCT-on-a-chip

Os pesquisadores estão trabalhando para desenvolver e utilizar custos ainda mais baratos, componentes de alta velocidade com o objetivo de agilizar as etapas de aquisição e processamento de dados. Isso poderia permitir imagens de OCT em tempo real usando chips de circuito integrado personalizados.

"À medida que a tecnologia PIC continua a avançar, pode-se esperar realisticamente sistemas OCT completos em um único chip nos próximos cinco anos, reduzindo drasticamente o tamanho e o custo, "disse Chris Doerr, da Acacia Communications, co-autor do artigo. "Isso permitiria que mais pessoas em todo o mundo se beneficiassem da OCT e abrissem novos aplicativos."