关注医疗保健中的衍射光学器件

衍射光学元件(do)多年来一直支持医疗保健服务的创新。作为快速复习，这些组件散射光基于他们的折射率和他们的物理几何;构成它们几何形状的周期结构与光本身的波长处于同一尺度。根据衍射光栅的特性，不同的波长(即颜色)以不同的角度散射。这样，衍射光学是特别强大的转向灯。

在这里，我们将介绍几个现有的和新兴的应用程序衍射光学提高护理质量，并分享实现该技术的一些注意事项。

共聚焦激光扫描显微镜

共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)是一种提高分辨率和对比度的光学成像技术。在这个应用中，do可以作为波长依赖的聚焦机制来调制图像的深度，从而实现组织的非侵入性横切。CLSM的特异性和敏感性使医疗专业人员能够识别传统上难以检测的某些疾病和癌症。

衍射光学通过利用光的线扫描而不是单点扫描来实现更快的图像采集和更好的图像质量，后者需要更多的集成时间。这些元素还可以减少光学像差对性能的影响，因为像差会导致图像清晰度降低。此外，由于物镜尺寸小，do可以放置在内窥镜中进行原位检测。

在设计带有do的CLSM系统时，除了复杂的设计和制造要求外，还必须考虑到do会降低信噪比，从而增加对敏感检测器的需求。此外，非均匀照明更可能是必要的，这取决于所选光源的质量。所有这些因素都可能影响整个系统的质量。

光学相干层析成像

光学相干断层扫描(OTC)提供了与CLSM类似的好处，特别是对眼睛。它使用光波来拍摄视网膜的横截面图像，这样眼科医生就可以测量每层视网膜的厚度。这些测量指导诊断，并为青光眼、糖尿病视网膜病变和黄斑疾病等疾病的个性化治疗提供指导。

与CLSM一样，衍射光学器件提供更快的图像采集速度，从而支持更好的图像质量。在OCT中，衍射光学用于光分析的光谱仪或用于照明目的的超发光二极管(SLD)。光谱仪作为一个强度调制检测器，因为它收集的信息可以处理生成OCT图像。在后一种情况下，衍射光学用于扫描SLD光谱，消除了光谱仪生成OCT图像的需要。这两种技术都有助于提高OCT速度和图像质量。

衍射光学允许光谱域和扫描源OCT系统通过提高图像分辨率、成像深度和降低噪声来取代时域OCT。衍射光学元件简化了OCT系统的设计，降低了成本。然而，需要有一个计划来管理由于在OCT中使用do而导致的潜在光强下降或光学对准问题。

衍射多焦人工晶体

除了诊断应用之外，衍射光学也是医疗植入物的基础技术。白内障手术是当今最常见的外科手术之一，包括用人工人工晶状体(IOL)代替患者的自然晶状体，如多焦点人工晶状体。随着疾病的发展，由于光散射增加，眼睛的晶状体可能变得不透明，这会损害视力，在极端情况下可能导致失明。

使用这些微创人工晶状体植入术，患者的视力立即得到改善，光晕效应减少，焦点深度增加。多焦点人工晶体如上所述，可分为折射、衍射或组合。屈光多焦iol实现不同的屈光功率环形区域，因此聚焦依赖于瞳孔动态。这种排列使得屈光多焦iol对定心很敏感。另一方面，衍射iol实现了衍射显微结构，可以同时实现多个观看距离，这使得这些透镜对其定位的容忍度更高。联合多焦点iol利用折射和衍射技术，可以产生一系列不同的解决方案，可以根据患者的独特需求定制。最近的研究表明，根据个人已有的情况选择人工晶状体可以提高患者的满意度。

也就是说，这些组合的衍射多焦透镜试图通过同时成像来模仿人眼的自然调节能力。它们并不完美。由于光线透射减少，患者可能会经历较长的视觉适应时间和夜间视力下降。随着白内障在活跃的成年人中变得越来越普遍，对优质多焦点iol的需求不断增长，以提高在不同焦点处可实现的图像质量。然而，由于其先进的设计，多焦点iol对患者来说成本更高。

为了更好地了解衍射光学在新兴和现有医疗保健技术中的作用，正在进行越来越多的重大研究和开发。我们看到metalenses为内窥镜检查和无创健康监测领域的创新打开了大门。工程师们正在逐个应用程序地探索这些解决方案，因为它们并不总是很适合。例如，由于高功率激光手术设备需要高能量阈值，因此它不适合do。

即使有了一个伟大的想法，大规模制造do的成本仍然是一个障碍——除非我们能够利用小规模组件制造的制造技术来更好地与其他光学解决方案竞争，否则这种情况不会改变。

有关光学在医疗保健中的更多信息，请观看我们的网络研讨会，Zemax和Speos的人眼建模和老花眼矫正设计。