Da herkömmliche optische Bildgebungsverfahren in stark streuenden biologischen Geweben keine hochauflösenden Bilder liefern können, bietet die photoakustische Bildgebung (PAI) mithilfe des photoakustischen Effekts ein neues Werkzeug für die biomedizinische Bildgebung. Die PAI-Technologie ist ein hybrides Bildgebungsverfahren. Sie kombiniert den hohen Kontrast und die spektrale Erkennung der optischen Bildgebung mit der großen Eindringtiefe der Ultraschallbildgebung.

Die PAI-Technologie nutzt einen Kurzpulslaser zur Bestrahlung des Prüfobjekts. Dieses absorbiert die Lichtenergie, was zu einem lokalen Temperaturanstieg und einer thermoelastischen Ausdehnung führt und somit Ultraschallwellen erzeugt. Durch die Detektion dieser Ultraschallsignale lässt sich die Lichtabsorptionsverteilung im Objekt rekonstruieren und ein Tiefenbild gewinnen. Die PAI-Technologie umfasst im Wesentlichen die photoakustische Tomographie (PAT) und die photoakustische Mikroskopie (PAM). Sie hat sich in vielen biomedizinischen Bereichen als äußerst nützlich erwiesen, beispielsweise in der Bildgebung der Tumorangiogenese, der Hämoglobin- und Blutsauerstoffkonzentration, der Brustkrebsdiagnostik sowie der Bildgebung von kardiovaskulären und zerebrovaskulären Plaques.

RealLight Subnanosekunden-Mikrochip-Laser

Die photoakustische Mikroskopie (PAM), ein nicht-invasives Bildgebungsverfahren, das die Vorteile optischer und Ultraschallbildgebung vereint, wird seit einigen Jahren erfolgreich zur Untersuchung von Zellen, Mikrogefäßen und Geweben eingesetzt. Bei der photoakustischen Bildgebung biologischer Gewebe sind Blutgefäße die Hauptabsorber. Der minimale Durchmesser der Kapillaren beträgt etwa 4 μm, die thermische Verweilzeit etwa 0,2 ms und die Druckverweilzeit etwa 1,3 ns. Daher kann nur bei einer Laserpulsdauer von weniger als 1,3 ns davon ausgegangen werden, dass während der optischen Bestrahlung keine Wärmediffusion zwischen den Absorbern und der Umgebung stattfindet. Zudem wird die vom Absorberzentrum erzeugte Ultraschallwelle nicht bis zur Absorberoberfläche übertragen. Die Auflösung der photoakustischen Bildgebung lässt sich daher durch die Verwendung eines kurzen Laserpulses unter 1,5 ns effektiv verbessern.

 ( Abbildung aus Referenz [1])

Die von RealLight hergestellten Subnanosekunden-Mikrochip-Laser der MC-Serie bieten verschiedene Pulsbreitenoptionen, z. B. 1,5 ns, 750 ps, ​​350 ps usw., und erfüllen damit die Auflösungsanforderungen der photoakustischen Detektion vollständig. Die Wiederholrate erreicht den kHz-Bereich, was die Effizienz der photoakustischen Detektion deutlich verbessert. Subnanosekunden-Mikrochip-Laser stellen somit eine optimale Lösung für die photoakustische Mikroskopie dar.

Im Juni 2022 veröffentlichten Professor Ma Zhenhe und sein Team vom Engineering and Control College der Northeastern University, Zweigstelle Qinhuangdao, in Optics Letters eine Arbeit mit dem Titel: „Spektraler Interferenzkontrast basierend auf berührungsloser photoakustischer Mikroskopie mittels SDOCT“. Darin wurde eine neue Methode zur photoakustischen Mikroskopie (PAM) vorgestellt, die photoakustische und optische Kohärenztomographie (OCT) kombiniert. Zur Erzeugung klarer Kapillarbilder wurde ein Subnanosekunden-Mikrochip-Laser vom Typ MCA-532-2.5-060 (532 nm, 1,5 ns, 2,5 kHz, 60 µJ) von RealLight verwendet. Die Arbeit eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten für die photoakustische Bildgebung in diesem Bereich.

Referenzen

Zhenhe Ma,1,2 Ning Ding,3 Zhen Li,1 Keliang Zhu,1 Ang Li,1 Zhanhong Lin,1 Yi Wang,1,2 Yuqian Zhao,1 Yao Yu,1,2 Jingmin Luan,4 Xin Zhu,5 AND Jian Liu1,2,∗，Spektraler Interferenzkontrast basierende berührungslose photoakustische Mikroskopie, realisiert von SDOCT [J] Optics Briefe, Bd. 47, Nr. 11/1. Juni 2022

Xiaojing Gong, Jing Meng, Jianhua Chen, Riqiang Lin, Xiaosong Bai, Jiaxiang Zheng, Liang Song*, [J] Integration Technology, Band 2, Nr. 5, September 2022