IOE | 集成光学相干断层成像技术：从芯片实验室到精准医疗【复旦大学李国强教授团队】

复旦大学光电研究院/未来信息创新学院李国强教授团队受邀在Intelligent Opto-Electronics 2026年第1期上发表题为“Research progress in integrated optics for optical coherence tomography”的封面综述文章，系统讨论如何通过集成光学技术来优化OCT系统的设计，推动设备小型化，并提升成像技术的性能和创新。同时全面总结了集成光学在OCT领域的研究成果和发展趋势，阐述其工作原理和技术优势，为临床诊断提供更便携、高效的成像工具，对推动精准医疗和个性化治疗具有重要意义，未来有望通过将光学元件(如光源、探测器、分路器等)集成到单一芯片上，实现高分辨率和实时成像。

综述首先阐述了OCT内窥镜的基本原理与系统特性，包括傅里叶域OCT(FD-OCT)的两种主流技术(SD-OCT 与SS-OCT)，以及轴向分辨率、横向分辨率等关键性能参数的影响因素。其中，FD-OCT 通过光谱干涉直接获取深度信息，成像速度和信噪比显著优于传统时域 OCT，成为临床应用的主流选择(图1)。其次，介绍了集成光学芯片的核心技术进展，包括单片集成光源、光电探测器、阵列波导光栅(AWG)等关键器件的研究进展。最后介绍了片上OCT的研究进展。集成光学OCT系统的核心目标是将传统台式设备转变为芯片级解决方案。研究人员已在硅基光子芯片上实现了集成光分束器、马赫-曾德尔干涉仪(MZI)、AWG、延迟线和平衡光电二极管在内的关键功能单元，并取得一定进展，显著减小了系统体积。值得关注的是，针对SD-OCT系统开发的高性能AWG(图2)，以及针对SS-OCT系统的集成组件，均已在实验中展现出优异的成像能力。这些进展标志着OCT技术正从“桌面上的仪器”向“手掌中的设备”转变。

图1 FD-OCT 系统示意图。(a) SD-OCT endoscopy。(b) SS-OCT endoscopy。

图2 基于AWG或者光谱仪的SD-OCT系统示意图。(a) 基于片上AWG的SD-OCT实验系统示意图。(b) 基于片上AWG和分束器的SD-OCT系统示意图。(c) 基于片上AWG的SD-OCT系统示意图。(d) 基于片上AWG的OCT系统与商用OCT系统Zeiss Cirrus 4000眼睛断层成像的对比，其中子图a、d图像为使用AWG1在34kHz下获取；子图c、f图像为使用AWG2在20 kHz下获取；子图b、e图像为使用Zeiss Cirrus 4000获取。(e) 基于片上分束器和AWG或Echelle Grating的SD-OCT示意图。(f) 基于片上微环、AWG和光电探测器阵列的光谱仪显微镜图像。

集成光学OCT技术正朝着完全芯片化、多功能集成和智能化诊断的方向快速发展。未来的研究将致力于解决有源光学器件与无源光学器件集成的挑战(包括主动光学元件和超构表面光学元件)，以及光芯片集成后的封装与测试。未来研究也会朝着更小尺寸内窥镜探头的方向发展，OCT将能够进入更狭窄的解剖空间，实现微创精准诊断。同时，该技术也将朝着多模态成像的方向发展，通过集成OCT与荧光成像、光声成像、共聚焦显微镜等成像技术，提供更全面的组织结构和功能信息。另外，人工智能与集成OCT的深度融合将催生新一代智能诊断平台，实现实时图像分析、病理特征识别和疾病自动筛查，大幅提升诊断效率与准确性，最终推动个性化医疗的发展。在临床应用中，芯片级OCT系统有望彻底改变眼科、心血管病、消化科等多个专业的诊疗模式，使高质量医学影像从大型医疗机构走向社区诊所、甚至患者家中，真正实现普惠医疗的愿景。

该工作得到了国家自然科学基金项目(项目号62205306)、国家海外高层次人才项目以及复旦大学(IDH2323007Y、IDH2323008Y、IDH2323010Y)的支持。