譜鐳光電推出新品激光器—助力光聲成像

瀏覽次數(shù)：2247　發(fā)布日期：2024-7-1　來源：本站　本站原創(chuàng)，轉(zhuǎn)載請注明出處

譜鐳光電近期推出新品亞納秒激光器，采用微片激光技術(shù)，是可以得到µJ量級的亞納秒激光器，這種激光器在生物光學(xué)（光子成像、醫(yī)美、光聲成像）上有廣泛的應(yīng)用。采用專利倍頻技術(shù)可以實現(xiàn)532nm、355nm、266nm的多種波長輸出，同時保證激光器在紫外波段的工作壽命和有優(yōu)勢的產(chǎn)品品質(zhì)及價格。

什么是光聲成像？

光聲成像(photoacoustic effect，簡稱PA)是一種結(jié)合了光學(xué)和超聲的一種強大非侵入式的技術(shù)，它能夠根據(jù)光聲效應(yīng)檢測樣品的光吸收。所謂的光聲效應(yīng)是利用光能轉(zhuǎn)化為聲能的一種物理現(xiàn)象，當(dāng)脈沖激光照射生物組織中時，組織的光吸收域?qū)a(chǎn)生超聲信號，我們稱這種由光激發(fā)產(chǎn)生的超聲信號為光聲信號^[1]。在近幾年，光聲成像技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于細(xì)胞、毛細(xì)血管和組織的探測中。

什么是OCT技術(shù)？

光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography, 簡稱OCT)在上世紀(jì)90年代即被開發(fā)用于生物學(xué)的無創(chuàng)斷層掃描成像。OCT使用低相干干涉術(shù)，以類似于超聲脈沖回波成像的方式，從內(nèi)部組織微結(jié)構(gòu)的光學(xué)散射信號生成截面二維圖像。OCT具有微米級的縱向和橫向空間分辨率，可以檢測到小至入射光功率約10-10的反射信號，對透明、半透明、渾濁材料內(nèi)部可以有很好的細(xì)節(jié)檢測能力，對于不可穿透材質(zhì)也可輕松實現(xiàn)表面輪廓掃描^[2]。

針對表面以及內(nèi)部缺陷識別應(yīng)用來說，是對于傳統(tǒng)相機視覺技術(shù)的有力補充。一般可分為時域光學(xué)相干層析成像術(shù)(TDOCT)和光譜域光學(xué)相干層析成像術(shù)(SDOCT)。SDOCT一般以邁克爾遜干涉儀為主記錄低相干干涉光譜信號，通過傅里葉變換，實現(xiàn)樣品內(nèi)部縱向信息（深度方向）的并行獲取，目前是臨床眼科應(yīng)用的主流技術(shù)。

光聲成像具有非常好的成像深度和一定的分辨率，而OCT技術(shù)有非常好的成像分辨率，但是成像深度一般在幾百µm。

不同成像技術(shù)的成像分辨率

不同成像技術(shù)的成像深度

光聲技術(shù)應(yīng)用方向

1.生物醫(yī)學(xué)成像：如冠狀動脈、消化道、呼吸道、腦皮層、癌癥、皮膚等各種生物組織的成像及某些材料特性的檢測。

2.藥物傳遞研究：光聲成像可以用于研究藥物在體內(nèi)的傳遞過程。通過注入藥物和控制激光位置，可以觀察到藥物在體內(nèi)的分布情況，從而為藥物療效評估提供依據(jù)。

3.神經(jīng)科學(xué)研究：光聲成像可以用于觀察神經(jīng)元的活動。通過將激光照射到神經(jīng)元上，可以觀察到神經(jīng)元的興奮和抑制等過程，從而增加對神經(jīng)系統(tǒng)的理解。

4.材料科學(xué)：光聲成像可以用于材料表征。例如，可以通過光聲成像來觀察材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷和應(yīng)力分布。

5.氣體檢測：光聲成像可以用于檢測氣體濃度和氣體分布。利用光聲成像技術(shù)，可以實現(xiàn)對大氣環(huán)境中的有害氣體、煙霧等的快速、無損和遠(yuǎn)程檢測。

杏林睿光MCA激光器：解鎖生物光學(xué)成像新維度

傳統(tǒng)的光聲成像系統(tǒng)一般是基于壓電傳感器來探測信號，因此需要與樣品有接觸，然而在很多的臨床情況下不允許有直接的接觸，例如眼科和腦科的手術(shù)，所以無接觸的光聲成像的研究在目前具有很大的前景。

東北大學(xué)基于頻域光學(xué)相干層析成像的技術(shù)搭建了一套系統(tǒng)用以實現(xiàn)無接觸的光聲成像的目的。這種全光檢測利用樣品的鏡面反射，以直接在覆蓋在樣品上的水面上以非接觸方式實現(xiàn)的。在SDOCT的照射過程中，干涉譜相位隨PA激發(fā)引起的水面振動而不斷變化，通過快速傅里葉變換(FFT)來進行PA成像^[3]。

如下圖所示，脈沖激光和相干成像的光源通過一個二向色鏡合二為一，然后，組合光束通過包含X-Y掃描儀和物鏡（約30mm焦距）的光學(xué)探測臂傳遞到樣品上，通過頻域光學(xué)相干斷層成像技術(shù)來實現(xiàn)無接觸的光聲成像。光聲成像的激勵源為杏林睿光的脈沖激光器（譜鐳光電獨家代理），工作在外觸發(fā)模式，當(dāng)短脈沖的激光照射到樣品上的時候，由于光聲效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，繼而傳播到水的表面引起振蕩，從而獲取光聲成像，在獲取的光聲成像中提取出SDOCT的信號，得到高分辨的OCT信息，達到同時成像的目的。

在整套系統(tǒng)中，脈沖激光是關(guān)鍵的一部分，在該文獻中選用的是型號是MCA-532-2.5-060，該產(chǎn)品來自于杏林睿光公司（譜鐳光電獨家代理）。MCA系列微片激光器是杏林睿光自主研發(fā)的半導(dǎo)體泵浦被動調(diào)Q固體激光器，單脈沖能量穩(wěn)定，光束質(zhì)量好，穩(wěn)定可靠。本系列產(chǎn)品包含1064nm、532nm、355nm和266nm四種波長，主要功能特點有脈寬可達1.2ns，脈沖能量可達120μJ，最高重復(fù)頻率可達20kHz，光束模式為TEM00，全密封設(shè)計，高可靠性。

該脈沖激光（MCA-532-2.5-060）的激發(fā)脈沖能量約200nJ/pulse，這用于激發(fā)光聲信號，如下左圖所示，這是蘆筍葉的光聲成像結(jié)果，而右圖是在同一套設(shè)備上同時得到的SDOCT的成像結(jié)果，PAM和OCT具有較好的分辨率和穿透深度。PAM基于吸收，而OCT是基于樣品中由于折射率變化而產(chǎn)生的背散射光。兩種成像方式的結(jié)合可以從組織樣本中提供不同的信息。

他們通過這個設(shè)備在體外成像了一個老鼠耳廓的血管，該圖像由6個不同的區(qū)域組成，包括區(qū)域變化時間在內(nèi)的采集時間約5min，該數(shù)據(jù)是使用脈沖激光器的功率參數(shù)是大約250nJ/pulse。成像結(jié)果如下圖所示，下左圖為成像的血管圖片，右圖為實際耳朵血管照片，可見PAM成像結(jié)果與照片吻合較好。

綜上所述，利用樣品振動引起的干擾譜對比度降低進行聲信號檢測。PAM系統(tǒng)是SDOCT和激發(fā)脈沖激光器的組合。實驗結(jié)果表明，該方法對PAM成像是穩(wěn)定的，在血管疾病的基礎(chǔ)研究中有很好的應(yīng)用前景。

系列微片激光器系列詳細(xì)介紹

參考文獻：

1. 曾禮漳, 楊思華, 邢達. 光聲成像技術(shù)及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用進展. 華南師范大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版 2016; 48(1):7.
2. 薛平陳. 光學(xué)相干斷層掃描成像新技術(shù)OCT. 物理與工程 2001; 11(3):5.
3. Ma Z, Ding N, Li Z, Zhu K, Li A, Lin Z, et al. Spectral interference contrast based non-contact photoacoustic microscopy realized by SDOCT. Optics Letters 2022; 47(11).

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