Rozdzielczość osiowa: kluczowy parametr wyboru systemu KTZ

01 Rozdzielczość osiowa Definicja i znaczenie

Tomografia koherencyjna optyczna (OCT) z zaletami działania bez kontaktu, wysokiej rozdzielczości i obrazowania w czasie rzeczywistym jest szeroko stosowana w diagnostyce medycznej, inspekcji przemysłowej,Nauka o materiałachJako podstawowy parametr do wyboru spektrometru OCT, rozdzielczość osiowa bezpośrednio określa zdolność systemu do rozdzielczości drobnych struktur wzdłuż kierunku głębokości próbki.

Tak zwana rozdzielczość osiowa odnosi się do minimalnej odległości wzdłuż kierunku głębokości (tj. kierunku rozprzestrzeniania się światła), w której można wyraźnie odróżnić dwie sąsiednie struktury.Zazwyczaj wyraża się w mikrometrach (μm)W prostych słowach, dla tkanki masowej rozdzielczość osiowa działa jak "noż przecinkowy" - im wyższa rozdzielczość osiowa (im mniejsza wartość numeryczna), tym cieńszy kawałek, który można uzyskać,uchwycenie bardziej subtelnych różnic strukturalnychW zastosowaniach takich jak okulistyka, dermatologia i inspekcja materiałów, rozdzielczość osiowa bezpośrednio określa dokładność i niezawodność pomiarów.

Wyższa rozdzielczość osiowa umożliwia cieńsze "szczęki" i bogatsze szczegóły.

02 Obliczenie rozdzielczości osiowej

Rozdzielczość osiowa nie jest wartością stałą; jest określona przez wiele parametrów systemu OCT.Zrozumienie czynników wpływających umożliwia wybór optymalnych parametrów dla danej aplikacji, równoważenie wymogów wydajności bez ponoszenia zbędnych kosztów wynikających z nadmiernego określania rozwiązań.

Głównymi czynnikami wpływającymi na rozdzielczość osiową są właściwości optyczne źródła światła, z których najważniejsze są centralna długość fali (λ0) i szerokość pasma widmowego (Δλ).Te dwa parametry bezpośrednio określają teoretyczną rozdzielczość osiowąUproszczoną formułą powszechnie stosowaną w branży jest:

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

gdzie Δz jest rozdzielczością osiową, λ0 jest centralną długością fali źródła światła, a Δλ jest szerokością pasma widmowego.

• Im szersza szerokość pasma widmowego (Δλ), tym wyższa rozdzielczość osiowa (mniejsza Δz).
• Im krótsza centralna długość fali (λ0), tym wyższa rozdzielczość osiowa; odwrotnie, dłuższa długość fali zmniejsza rozdzielczość.

Na przykład:

• Źródło światła o centralnej długości fali 850 nm i szerokości pasma 50 nm zapewnia teoretyczną rozdzielczość osiową około 6.36 μm wystarczające do obserwacji warstwy siatkówki w okulistyce.
• ∆ źródło 850 nm o szerokości pasma 100 nm osiąga teoretyczną rozdzielczość około 3,2 μm, nadającą się do wymagających badań na poziomie komórkowym.
• Przy centralnej długości fali 1300 nm i tej samej szerokości pasma rozdzielczość osiowa spada do 8 ‰ 12 μm, co jest bardziej odpowiednie dla zastosowań wymagających głębszego penetracji.

Sieć siatkówki składa się z 10 warstw, o łącznej grubości około 1015 μm; najcieńsza warstwa ma tylko około 1 μm, a najgrubsza około 40 μm.

W systemie OCT nie tylko szerokość pasma źródła światła powinna spełniać wymóg rozdzielczości osiowej, ale również szerokość pasma spektrometru musi ją spełniać.JINSP oferuje spektrometry o różnej szerokości pasma, aby zaspokoić różne potrzeby:

Jak widać w powyższej tabeli, rozdzielczość osiowa i głębokość wykrywania są w związku kompromisowym: poprawa jednej z nich z natury pogarsza drugą.Można to zrozumieć intuicyjnie przez analogię z kamerą. Nie można jednocześnie uchwycić większego pola widzenia i drobniejszych szczegółów.; należy zachować równowagę w zależności od rzeczywistych potrzeb, albo poświęcając pewne pole widzenia, albo pewne szczegóły.istotne jest skupienie się na podstawowych wymaganiach i dokonywanie odpowiednich kompromisów.

03 Wpływ wskaźnika załamania na rozdzielczość osiową

Oprócz parametrów źródła, rozdzielczość osiowa jest również wpływana przez wskaźnik załamania (n) medium, aberracje optyczne, szybkość pobierania próbek przez detektor i inne czynniki.W praktycznych zastosowaniach, wskaźnik załamania środka zmienia rozdzielczość osiową.

Δz = 0,44/n · (λ02/Δλ)

gdzie n jest wskaźnikiem załamania medium próbki (n ≈ 1,33, np. w przypadku tkanek biologicznych).Używając poprzedniego przykładu źródła 850 nm o szerokości pasma 50 nm, teoretyczna rozdzielczość osiowa w powietrzu wynosi około 6,36 μm, ale w tkance staje się około 4,8 μm.

Ponadto, aberracje optyczne i szybkość pobierania próbek przez detektor mogą zmniejszyć rzeczywistą rozdzielczość ośną o 20-30% w porównaniu z wartością teoretyczną, dlatego podczas wyboru systemu należy zachować margines.