High-Speed, Low-Cost, Image Remapping Spectral Domain Full-Field Optical Coherence Tomography for Retinal Imaging

用于视网膜成像的高速、低成本图像重映射谱域全场光学相干断层扫描

基本信息

  • 批准号:
    10670648
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25.04万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-07-01 至 2025-06-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Optical Coherence Tomography (OCT) has profoundly impacted diagnostic imaging of the human retina, enabling accurate and early diagnosis of retinal disease. The relatively high cost of current clinical instruments limits its use in cost sensitive environments, e.g. screening in the optometrist's or general practitioner's office, underserved or rural US populations and developing countries. Motion of the patient and/or interferometer strongly effects phase stability and image quality, impacting the common approaches which scan a focused beam across the retinal surface. Collecting the entire field at once via an approach such as Full-Field Optical Coherence Tomography (FF-OCT), would obviate this issue and provide high spatial phase stability. Here we propose a novel solution that not only overcomes these issues (poor phase stability and coherent artifact) but promises to do so while reducing costs and increasing imaging speed. We will take advantage of rapid development in two key technologies, additive manufacturing for optical components and extremely high megapixel CMOS arrays. Building on concepts from our prior work, we will develop an FF- OCT system by mapping the 3-dimensions (x,y, and k) onto a 2-D CMOS array within an imaging spectrometer. This will in turn allow us to utilize inexpensive spatially incoherent light sources which do not produce coherence artifacts, but heretofore were limited to use with time-domain FF-OCT systems. This will be accomplished via 3 Specific Aims. Aim 1, Develop a 3-D printed structure for image remapping in FF-OCT: We will deploy a micro- optical design consisting of arrays of 3-D printed single mode fibers that map x,y in the image plane, to spaced columns. The space between the columns will enable dispersion in k within the 2-D spectrometer developed in Aim 2. This structure will enable volumetric OCT imaging with a single camera exposure by mapping x, y, and k onto a 2-D array. Aim 2, Develop an imaging spectrometer and spectral domain FF-OCT system around a high megapixel (Mp) CMOS sensor: We will design and develop an imaging spectrometer that will be compatible with the structure(s) from aim 1, integrating the structures as they become available. Aim 3, System validation and human retinal imaging: After validation on tissue phantoms, pilot human data from a spectrum of retinal diseases will be acquired and compared with standard-of-care clinical imaging systems. We expect the completed system to have an FOV of 5 mm diameter, 15.5 µm lateral sampling, 7.5 µm axial resolution and be able to collect a volume image in as little as 200 µs at 48 volumes per second.
光学相干断层扫描(OCT)对人类的诊断成像产生了深远的影响 视网膜,使残留疾病的准确和早期诊断。当前相对高成本 临床工具限制了其在成本敏感环境中的使用,例如筛选 验光师或全科医生办公室,服务不足或艰难的美国人口并发展 国家。患者和/或干涉仪的运动强烈影响相位稳定性和图像 质量,影响扫描残留表面的聚焦光束的通用方法。 通过全场光学连贯性等方法立即收集整个领域 断层扫描(FF-OCT)将消除此问题并提供高空间相稳定性。我们在这里 提出一种新的解决方案,不仅克服了这些问题(相位稳定性和相干性差 文物),但有望在降低成本和提高成像速度的同时这样做。我们会接受的 两种关键技术的快速发展的优势,即光学的添加剂制造 组件和极高的百万像素CMOS阵列。以我们先前的概念为基础 工作,我们将通过将3维(X,Y和K)映射到2-D来开发FF- OCT系统 成像光谱仪内的CMOS阵列。反过来,这将使我们能够使用便宜 没有产生连贯性伪像但迄今为止的空间不连贯的光源是 限于时间域FF-OCT系统。这将通过3个特定目标来实现。 AIM 1,开发一个3-D打印结构以在FF-OCT中重新映射:我们将部署一个微型 - 光学设计由图像中映射x,y的3-D打印单模式纤维组成 平面,向间隔列。列之间的空间将使在K中的K中分散 在AIM 2中开发的2-D光谱仪。该结构将使体积OCT成像具有 通过将X,Y和K映射到2D数组中的单个相机曝光。 AIM 2,开发成像光谱仪和光谱域FF-OCT系统围绕高度 百万像素(MP)CMOS传感器:我们将设计和开发成像光谱仪 与AIM 1的结构兼容,在可用的结构中集成了结构。 AIM 3,系统验证和人类视网膜成像:在组织幻像验证后, 将获取来自一系列残留疾病的飞行员人类数据,并将其与 护理标准临床成像系统。我们希望完整的系统具有5个FOV 毫米直径,横向采样15.5 µm,轴向分辨率7.5 µm,能够收集体积 以每秒48卷为48卷的200 µs图像。

项目成果

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