Risoluzione assiale: parametro chiave per la selezione del sistema PTOM

01 Risoluzione assiale Definizione e significato

La tomografia ottica di coerenza (OCT), con i suoi vantaggi di funzionamento senza contatto, elevata risoluzione e imaging in tempo reale, è stata ampiamente adottata nella diagnostica medica, nell'ispezione industriale, nel controllo delle emissioni di gas, nel controllo delle emissioni di carbonio e nel controllo delle emissioni di carbonio.scienza dei materialiCome parametro fondamentale per la selezione di uno spettrometro OCT, la risoluzione assiale determina direttamente la capacità del sistema di risolvere strutture fini lungo la direzione di profondità di un campione.

La cosiddetta risoluzione assiale si riferisce alla distanza minima lungo la direzione di profondità (cioè la direzione di propagazione della luce) alla quale due strutture adiacenti possono essere chiaramente distinte.In genere è espresso in micrometri (μm)In termini semplici, per un tessuto di massa, la risoluzione assiale agisce come un "coltello di dissezione" ̇ più alta è la risoluzione assiale (più piccolo il valore numerico), più sottile è la fetta che può essere ottenuta,cattura di differenze strutturali più sottiliIn applicazioni quali l'oftalmologia, la dermatologia e l'ispezione dei materiali, la risoluzione assiale determina direttamente l'accuratezza e l'affidabilità delle misurazioni.

Una risoluzione assiale più elevata consente "slice" più sottili e dettagli più ricchi.

02 Calcolo della risoluzione assiale

La risoluzione assiale non è un valore fisso, ma è determinata da più parametri del sistema OCT.La comprensione dei fattori di influenza consente di selezionare i parametri ottimali per una data applicazione, bilanciando i requisiti di prestazione senza incorrere in costi inutili derivanti dalla sovraspecificazione della risoluzione.

I fattori fondamentali che influenzano la risoluzione assiale sono le proprietà ottiche della sorgente luminosa, tra cui le più critiche sono la lunghezza d'onda centrale (λ0) e la larghezza di banda spettrale (Δλ).Questi due parametri determinano direttamente la risoluzione assiale teoricaUna formula semplificata comunemente utilizzata nel settore è:

Δz = (2ln2/π)·(λ02/Δλ) = 0,44 * (λ02/Δλ)

Dove Δz è la risoluzione assiale, λ0 è la lunghezza d'onda centrale della fonte luminosa e Δλ è la larghezza di banda spettrale.

• Maggiore è la larghezza di banda spettrale (Δλ), maggiore è la risoluzione assiale (più piccola Δz).
• Più breve è la lunghezza d'onda centrale (λ0), maggiore è la risoluzione assiale; al contrario, una lunghezza d'onda più lunga riduce la risoluzione.

Per esempio:

• Una sorgente luminosa con una lunghezza d'onda centrale di 850 nm e una larghezza di banda di 50 nm fornisce una risoluzione assiale teorica di circa 6.36 μm sufficienti per l'osservazione della retina in oftalmologia.
• Una sorgente di 850 nm con una larghezza di banda di 100 nm raggiunge una risoluzione teorica di circa 3,2 μm adatta a ricerche impegnative a livello cellulare.
• Con una lunghezza d'onda centrale di 1300 nm e la stessa larghezza di banda, la risoluzione assiale scende a 812 μm, che è più appropriata per applicazioni che richiedono una penetrazione più profonda.

La retina è composta da 10 strati, con uno spessore totale di circa 10 ‰ 15 μm; lo strato più sottile è di soli circa 1 μm e il più spesso di circa 40 μm.

In un sistema OCT non solo la larghezza di banda della sorgente luminosa deve soddisfare il requisito di risoluzione assiale, ma anche la larghezza di banda dello spettrometro.Il JINSP offre spettrometri con diverse larghezze di banda per soddisfare esigenze diverse:

Come si vede nella tabella precedente, la risoluzione assiale e la profondità di rilevamento sono in una relazione di compromesso: il miglioramento di uno degrada intrinsecamente l'altro.Questo può essere compreso intuitivamente con un'analogia della fotocamera non si può catturare simultaneamente un campo visivo più ampio e dettagli più fini■ è necessario bilanciare le esigenze reali, sacrificando un certo campo visivo o alcuni dettagli.è essenziale concentrarsi sui requisiti primari e fare i giusti compromessi.

03 Effetto dell'indice di rifrazione sulla risoluzione assiale

Oltre ai parametri della fonte, la risoluzione assiale è influenzata anche dall'indice di rifrazione (n) del mezzo, dalle aberrazioni ottiche, dalla velocità di campionamento del rivelatore e da altri fattori.Applicazioni pratiche, l'indice di rifrazione del mezzo modifica la risoluzione assiale.

Δz = 0,44/n · (λ02/Δλ)

dove n è l'indice di rifrazione del mezzo di campionamento (ad esempio, per i tessuti biologici, n ≈ 1,33).Utilizzando l'esempio precedente di una fonte di 850 nm con larghezza di banda di 50 nm, la risoluzione assiale teorica in aria è di circa 6,36 μm, ma nei tessuti diventa di circa 4,8 μm.

Inoltre, le aberrazioni ottiche e la velocità di campionamento del rilevatore possono ridurre la risoluzione assiale effettiva del 20-30% rispetto al valore teorico, pertanto è opportuno riservare un margine durante la selezione del sistema.