強い散乱を示す生体組織において高解像度画像を得るには、従来の光学イメージング法には限界があるため、光音響効果を利用した光音響イメージング（PAI）技術が、生物医学研究分野における新たなイメージングツールとして登場しました。PAIは、光学イメージングの高いコントラストとスペクトル認識特性に、超音波イメージングの深部透過性を組み合わせたものです。

PAI（光音響イメージング）は、対象物に短パルスレーザー光を照射する技術です。吸収された光エネルギーによって局所的な温度上昇が生じ、熱弾性膨張と超音波の発生が起こります。超音波信号を検出することで、対象物における光吸収分布を再構築し、対象物の深度画像を得ることができます。PAIは、光音響トモグラフィー（PAT）と光音響顕微鏡（PAM）に分類されます。このイメージング技術は、腫瘍の新生血管形成、ヘモグロビンおよび酸素濃度、乳がんの診断、心血管および脳血管における脆弱プラークなど、様々な生物医学的応用において有用であることが証明されています。

Reallight社のサブナノ秒マイクロチップレーザー

光音響顕微鏡（PAM）は、光学イメージングと超音波イメージングの利点を組み合わせたものです。非侵襲的なイメージングモードとして、PAMは近年、細胞、微小血管、組織の研究に成功裏に利用されています。光音響法を用いて生体組織をイメージングする場合、主な吸収体は血管組織であり、毛細血管の最小直径は約4μmです。熱閉じ込め時間は約0.2ms、圧力閉じ込め時間は約1.3nsです。したがって、光放射段階での熱拡散を防ぐには、1.3ns未満のパルス幅のレーザーを使用することが重要です。1.5ns未満のパルス幅の短パルスレーザーは、光音響イメージングの解像度を効果的に向上させます。

光音響顕微鏡イメージング効果 - マウスの耳毛細血管（画像は参考文献[1]より引用）

Reallight社製のMCシリーズフェムト秒マイクロチップレーザーは、1.5ナノ秒、750ピコ秒、350ピコ秒など、様々なパルス幅を備えており、光音響検出の分解能要件を満たしています。繰り返し周波数はkHzレベルに達し、これらのフェムト秒マイクロチップレーザーは光音響検出の効率を大幅に向上させ、光音響顕微鏡に最適な選択肢となります。

2022年6月のOptics Letters誌において、東北大学秦皇島分校工学制御学院の馬振和教授率いる研究チームは、「SDOCTによって実現されたスペクトル干渉コントラストに基づく非接触光音響顕微鏡」と題する論文を発表し、光音響技術と光コヒーレンストモグラフィー（OCT）技術を組み合わせた新しい光音響顕微鏡（PAM）検出法を紹介した。研究チームは、Reallight社製のサブナノ秒マイクロチップレーザー（MCA-532-2.5-060、532nm、1.5ns、2.5kHz、60μJ）を用いて毛細血管の鮮明な画像化を実現した。この革新的なアプローチは、この分野における光音響イメージング技術のさらなる応用に貢献するものである。

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参考文献

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,∗，SDOCT [J] Optics によって実現されたスペクトル干渉コントラストベースの非接触光音響顕微鏡Letters、Vol.47、No11/1 2022 年 6 月