光譜擴展線場技術(shù)賦能血管成像：低成本突破視野與分辨率雙重瓶頸

光譜擴展線場光學(xué)相干斷層掃描血管成像（SELF-OCTA）是一種新型的低成本成像技術(shù)，旨在解決傳統(tǒng)OCTA在橫向采樣率和信噪比之間的固有權(quán)衡問題。該技術(shù)通過光譜編碼并行采樣的方式，在不犧牲微血管分辨率的前提下，顯著擴展了成像視野，并提高了對慢速血流的靈敏度。同時，SELF-OCTA支持多間隔時間掃描，實現(xiàn)了血流速度的量化，為微循環(huán)相關(guān)疾病的早期診斷提供了強大工具。本研究在人體皮膚和視網(wǎng)膜上進行活體實驗，驗證了其在高分辨率血管成像中的優(yōu)勢。

本論文由Si Chen、Kan Lin、Xi Chen、Yukun Wang、Chen Hsin Sun、Jia Qu、Xin Ge、Xiaokun Wang和Linbo Liu共同完成，題為“Spectrally extended line field optical coherence tomography angiography”，于2025年發(fā)表在《Opto-Electronic Advances》。

重要發(fā)現(xiàn)
01SELF-OCTA的工作原理與設(shè)計理念
SELF-OCTA的核心創(chuàng)新在于其光譜編碼并行采樣機制。在傳統(tǒng)OCTA的點掃描方式中，橫向采樣是順序進行的，導(dǎo)致視野（FOV）與采樣密度之間存在矛盾：要么限制視野以保持高密度采樣，要么犧牲毛細血管細節(jié)來滿足視野需求。SELF-OCTA通過在線場中引入棱鏡組，將多色光束橫向分散成一條線場，并將干涉光譜分割成M個等間距的譜帶（例如M=16或9）。每個譜帶對應(yīng)一個橫向圖像位置，從而實現(xiàn)多個位置的同步采樣。掃描時，線場沿快軸（X軸）機械移動，而慢軸（Y軸）通過光譜編碼在多個周期內(nèi)“組裝”圖像。這種設(shè)計使得采樣步長Δy可以擴展為L·r（其中r為相鄰位置間距，L為整數(shù)），從而將橫向采樣率提高L倍。例如，當(dāng)L=2時，視野擴大一倍；L=3時，視野擴大三倍，且總采集時間不變。

04系統(tǒng)性能與噪聲控制
SELF-OCTA在信噪比（SNR）方面也有顯著提升。由于線場設(shè)計允許更高的總輸入功率（但單點功率密度不變），且信號在多個時間點平均，噪聲水平降低。在1310納米皮膚成像系統(tǒng)中，SELF配置的SNR達106.1分貝，與點掃描配置（106.3分貝）相當(dāng)，但最大允許曝光（MPE）限值提高近一倍。在850納米視網(wǎng)膜系統(tǒng)中，SELF配置的SNR略高于點掃描配置（99.1分貝 vs. 97.4分貝）。這種改進尤其適用于慢血流血管的檢測，如在糖尿病視網(wǎng)膜病變中常見的微動脈瘤。

創(chuàng)新與亮點
SELF-OCTA的首要創(chuàng)新是突破了傳統(tǒng)OCTA在視野、采樣密度和間隔時間之間的“鐵三角”限制。臨床中，OCTA往往因采樣率不足而被迫在廣視野成像中犧牲毛細血管細節(jié)，或因SNR限制而無法量化血流。SELF-OCTA通過光譜編碼并行采樣，將橫向采樣率提高L倍，從而在不增加硬件成本的前提下，實現(xiàn)了視野擴展和高分辨率兼得。

其次，該論文提出了一種全新的成像模態(tài)——光譜擴展線場OCTA。該技術(shù)利用標(biāo)準(zhǔn)OCTA硬件，通過軟件算法優(yōu)化掃描協(xié)議，實現(xiàn)了多間隔時間編碼。這不僅降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，還使流速量化在常規(guī)臨床設(shè)備上成為可能，避免了超高速原型機的高成本問題。

在光學(xué)生物醫(yī)療領(lǐng)域，SELF-OCTA的價值體現(xiàn)在其實際應(yīng)用場景中。例如，在糖尿病視網(wǎng)膜病變的篩查中，廣視野成像可全面評估周邊視網(wǎng)膜病變，而高動態(tài)范圍流速圖能早期發(fā)現(xiàn)血流異常，早于形態(tài)學(xué)變化。此外，在皮膚微循環(huán)監(jiān)測中，該技術(shù)有助于研究心血管疾病或癌癥相關(guān)的血管改變。通過提升成像可及性，SELF-OCTA有望成為基層醫(yī)療的一線檢查工具，推動精準(zhǔn)醫(yī)療的發(fā)展。

總結(jié)與展望
SELF-OCTA技術(shù)通過光譜編碼和并行采樣，成功解決了OCTA在視野、分辨率和功能量化方面的瓶頸，為下一代血管成像奠定了堅實基礎(chǔ)。其低成本、易實現(xiàn)的特性，使得廣視野、高分辨率定量成像有望普及到更廣泛人群，提升微循環(huán)相關(guān)疾病的篩查和管理效率。

未來，該技術(shù)可在多個方向進一步發(fā)展：首先，通過優(yōu)化掃描協(xié)議或使用多伽遼掃描儀，縮短最小間隔時間，進一步擴展流速動態(tài)范圍；其次，結(jié)合機器學(xué)習(xí)算法提升部分光譜數(shù)據(jù)的軸向分辨率；最后，推動其在心血管、神經(jīng)退行性疾病等多系統(tǒng)中的應(yīng)用。隨著硬件輕量化和算法自動化，SELF-OCTA或?qū)⒊蔀榕R床常規(guī)工具，助力早期診斷和個性化治療。