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譜鐳光電推出新品激光器—助力光聲成像

瀏覽次數(shù):2244 發(fā)布日期:2024-7-1  來(lái)源:本站 本站原創(chuàng),轉(zhuǎn)載請(qǐng)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(jí)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(shí)現(xiàn)532nm、355nm、266nm的多種波長(zhǎng)輸出,同時(shí)保證激光器在紫外波段的工作壽命和有優(yōu)勢(shì)的產(chǎn)品品質(zhì)及價(jià)格。

什么是光聲成像?

光聲成像(photoacoustic effect,簡(jiǎn)稱PA)是一種結(jié)合了光學(xué)和超聲的一種強(qiáng)大非侵入式的技術(shù),它能夠根據(jù)光聲效應(yīng)檢測(cè)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(shí),組織的光吸收域?qū)a(chǎn)生超聲信號(hào),我們稱這種由光激發(fā)產(chǎn)生的超聲信號(hào)為光聲信號(hào)[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(cè)中。

什么是OCT技術(shù)?

光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography, 簡(jiǎn)稱OCT)在上世紀(jì)90年代即被開發(fā)用于生物學(xué)的無(wú)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(hào)生成截面二維圖像。OCT具有微米級(jí)的縱向和橫向空間分辨率,可以檢測(cè)到小至入射光功率約10-10的反射信號(hào),對(duì)透明、半透明、渾濁材料內(nèi)部可以有很好的細(xì)節(jié)檢測(cè)能力,對(duì)于不可穿透材質(zhì)也可輕松實(shí)現(xiàn)表面輪廓掃描[2]。

針對(duì)表面以及內(nèi)部缺陷識(shí)別應(yīng)用來(lái)說(shuō),是對(duì)于傳統(tǒng)相機(jī)視覺(jué)技術(shù)的有力補(bǔ)充。一般可分為時(shí)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(hào),通過(guò)傅里葉變換,實(shí)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(dòng)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(cè)。

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(guò)程。通過(guò)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(píng)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(dòng)。通過(guò)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(guò)程,從而增加對(duì)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(guò)光聲成像來(lái)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(cè):光聲成像可以用于檢測(cè)氣體濃度和氣體分布。利用光聲成像技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境中的有害氣體、煙霧等的快速、無(wú)損和遠(yuǎn)程檢測(cè)。

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(lái)探測(cè)信號(hào),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(wú)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(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的光聲成像的目的。這種全光檢測(cè)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(shí)現(xiàn)的。在SDOCT的照射過(guò)程中,干涉譜相位隨PA激發(fā)引起的水面振動(dòng)而不斷變化,通過(guò)快速傅里葉變換(FFT)來(lái)進(jìn)行PA成像[3]。


如下圖所示,脈沖激光和相干成像的光源通過(guò)一個(gè)二向色鏡合二為一,然后,組合光束通過(guò)包含X-Y掃描儀和物鏡(約30mm焦距)的光學(xué)探測(cè)臂傳遞到樣品上,通過(guò)頻域光學(xué)相干斷層成像技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的光聲成像。光聲成像的激勵(lì)源為杏林睿光的脈沖激光器(譜鐳光電獨(dú)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(shí)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(hào),得到高分辨的OCT信息,達(dá)到同時(shí)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(xiàn)中選用的是型號(hào)是MCA-532-2.5-060,該產(chǎn)品來(lái)自于杏林睿光公司(譜鐳光電獨(dú)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(dòng)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(zhǎng),主要功能特點(diǎn)有脈寬可達(dá)1.2ns,脈沖能量可達(dá)120μJ,最高重復(fù)頻率可達(dá)20kHz,光束模式為TEM00,全密封設(shè)計(jì),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(hào),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(shí)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(guò)這個(gè)設(shè)備在體外成像了一個(gè)老鼠耳廓的血管,該圖像由6個(gè)不同的區(qū)域組成,包括區(qū)域變化時(shí)間在內(nèi)的采集時(shí)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(shí)際耳朵血管照片, 可見(jiàn)PAM成像結(jié)果與照片吻合較好。
 

綜上所述,利用樣品振動(dòng)引起的干擾譜對(duì)比度降低進(jìn)行聲信號(hào)檢測(cè)。PAM系統(tǒng)是SDOCT和激發(fā)脈沖激光器的組合。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法對(duì)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(xiàn):

1. 曾禮漳, 楊思華, 邢達(dá). 光聲成像技術(shù)及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)展華南師范大學(xué)學(xué)報(bào):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 SDOCTOptics Letters 2022; 47(11).

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