Next generation MEMS-VCSEL technology for ultra-low-cost dental and periodontal swept source optical coherence tomography imaging

用于超低成本牙科和牙周扫频光学相干断层扫描成像的下一代 MEMS-VCSEL 技术

基本信息

  • 批准号:
    10481677
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 27.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2022-09-16 至 2023-09-13
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

This proposal aims to enable a new generation of high-speed, low-cost, wavelength-flexible swept source optical coherence tomography (SS-OCT) imaging device technology targeting applications in dental imaging and based on microelectromechanical systems vertical cavity surface emitting lasers (MEMS-VCSELs) and planar lightwave circuits (PLCs). MEMS-VCSELs provide an unmatched combination of high and variable axial scan rate, dynamic single mode operation enabling long imaging range, and the potential for low-cost volume manufacturing through wafer scale fabrication and testing. The proposed effort involves a collaboration between Praevium Research, which pioneered MEMS-VCSELs for SS-OCT, and the University of Washington (UW), a world leader in SS-OCT structural and angiographic imaging in dentistry. This work seeks both to advance dental imaging science through new imaging tools and promote commercialization in cost-sensitive dental markets. Praevium Research will develop new high axial scan rate MEMS-VCSEL swept sources near water absorption minima at 1700nm and 2200nm, to enable longer imaging range due to reduced scattering at longer wavelengths. Imaging at these wavelengths may be particularly important in improving the ability of OCT to noninvasively determine periodontal pocket depth. In addition, Praevium will combine emerging electrically pumped MEMS-eVCSELs at 1310nm with advanced PLC technology, replacing bulky and environmentally sensitive fiber networks commonly employed in SS-OCT by lithographically defined waveguide devices. This will allow a radically miniaturized low-cost and stable SS-OCT subsystem with MEMS-VCSEL, optical amplifier, wavelength monitoring, and MZI interferometers on a single chip in a compact butterfly package, overcoming long-standing cost barriers to SS-OCT in dentistry. UW collaborators will use various generations of high axial scan rate MEMS-VCSELs, starting at 1310nm and migrating to 1700nm and 2200nm as these latter sources are developed, to develop real-time wide field of view (FOV) whole mouth structural (OCT) and label-free angiographic (OCTA) periodontal imaging. Current methods for assessing periodontal disease rely on invasive probing, induce unnecessary pain and bleeding, and are error-prone due to inconsistent frequency and force of probing and due to the complexity of gingival thickness and appearance. The proposed SS-OCT technology, by contrast, has the potential to create qualitative and quantitative imaging of microstructure and vasculature in gingival tissue. This will enable a comprehensive periodontal imaging diagnostic suite which can assess periodontal attachment, alveolar bone quality and level, gingival inflammation, sub gingival calculus plaque and tissue biotype. Such a system can also provide an objective means to determine and evaluate the prognosis of periodontal, regenerative and restorative therapies, improve computer-aided design and machining (CAD/CAM) for dental restorative procedures and planning, and become a reliable tool for long term monitoring and maintenance in clinical practice for oral health.
该提案旨在使新一代高速,低成本,波长刺激扫描源 光学相干断层扫描(SS-OCT)成像设备技术靶向牙科成像中的应用 基于微电机电系统垂直腔表面发射激光器(MEMS-VCSELS)和平面 Lightwave电路(PLC)。 MEMS-VCSEL提供高和可变轴向扫描的无与伦比的组合 速率,动态单模式操作可实现长成像范围,并具有低成本体积的潜力 通过晶圆制造和测试制造。拟议的努力涉及 Praevium Research,为SS-OCT开创了MEMS-VCSEL,以及华盛顿大学(UW),A 牙科中SS-OCT结构和血管造影成像的世界领导者。这项工作旨在促进牙科 通过新成像工具进行成像科学,并在成本敏感的牙科市场中促进商业化。 Praevium Research将开发新的高轴向扫描速率MEMS-VCSEL扫描水源附近的来源 在1700nm和2200nm处的吸收最小值,以启用更长的成像范围,这是由于散射减少而导致的。 波长。在这些波长下成像可能在提高OCT的能力方面尤其重要 非侵入性确定牙周口袋深度。此外,Praevium将电力结合 用高级PLC技术在1310nm的泵送MEMS-EVCSEL,更换笨重的环境 SS-OCT中通常采用的敏感纤维网络是通过印刷定义的波导设备。这 将允许使用MEMS-VCSEL,光学放大器,具有彻底微型的低成本和稳定的SS-OCT子系统, 波长监测和在紧凑型蝴蝶包装中的单个芯片上的MZI干涉仪,克服 牙科SS-OCT的长期成本障碍。 UW合作者将使用各种世代的高轴向扫描率MEMS-VCSEL,从1310nm开始 随着后一种来源的开发,并迁移到1700nm和2200nm 查看(FOV)全口结构(OCT)和无标签的血管造影(八八)牙周成像。当前的 评估牙周疾病的方法取决于侵入性探测,引起不必要的疼痛和出血,以及 由于频率不一致和探测力,因此容易出错,并且由于牙龈厚度的复杂性 和外观。相比之下,拟议的SS-OCT技术有可能创建定性和 牙龈组织中微结构和脉管系统的定量成像。这将使一个全面 牙周成像诊断套件,可以评估牙周附着,牙槽骨质量和水平, 牙龈炎症,亚牙龈下斑块和组织生物型。这样的系统也可以提供 确定和评估牙周,再生和恢复疗法的预后的客观手段, 改善计算机辅助设计和加工(CAD/CAM),以进行牙科修复程序和计划,以及 成为用于口腔健康临床实践中长期监测和维护的可靠工具。

项目成果

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