В связи с ограничениями традиционных методов оптической визуализации в достижении высокого разрешения в сильно рассеивающих биологических тканях, технология фотоакустической визуализации (ФАВ), основанная на фотоакустическом эффекте, стала новым инструментом визуализации в области биомедицинских исследований. ФАВ сочетает в себе высокую контрастность и спектральную распознаваемость оптической визуализации с большой глубиной проникновения ультразвуковой визуализации.

Фотоакустическая визуализация (ФАВ) включает облучение целевого объекта короткими импульсами лазерного света. Поглощенная энергия света вызывает локальное повышение температуры, что приводит к термоупругому расширению и генерации ультразвуковых волн. Путем регистрации ультразвуковых сигналов можно восстановить распределение поглощения света в целевом объекте, получая глубинное изображение объекта. ФАВ можно разделить на фотоакустическую томографию (ФАТ) и фотоакустическую микроскопию (ФАМ). Этот метод визуализации доказал свою ценность в различных биомедицинских приложениях, включая визуализацию неоваскуляризации опухолей, концентрации гемоглобина и кислорода, диагностику рака молочной железы и уязвимых бляшек в сердечно-сосудистых и церебральных сосудах.

Субнаносекундный микрочиповый лазер компании Reallight

Фотоакустическая микроскопия (ФАМ) сочетает в себе преимущества оптической и ультразвуковой визуализации. Как неинвазивный метод визуализации, ФАМ в последние годы успешно используется для изучения клеток, микрососудов и тканей. При визуализации биологических тканей с помощью фотоакустических методов основным поглотителем является сосудистая ткань с капиллярами минимального диаметра около 4 мкм. Время теплового ограничения составляет приблизительно 0,2 мс, а время ограничения давления — около 1,3 нс. Поэтому использование лазеров с длительностью импульса менее 1,3 нс имеет решающее значение для предотвращения тепловой диффузии на стадии оптического излучения. Короткоимпульсные лазеры с длительностью импульса менее 1,5 нс эффективно повышают разрешение фотоакустической визуализации.

Эффект фотоакустической микроскопической визуализации капилляров уха мыши (изображение взято из источника [1])

Фемтосекундные микрочиповые лазеры серии MC производства Reallight имеют различную длительность импульса, включая 1,5 нс, 750 пс и 350 пс, что соответствует требованиям к разрешению фотоакустического детектирования. Благодаря частоте повторения импульсов, достигающей уровня кГц, эти фемтосекундные микрочиповые лазеры значительно повышают эффективность фотоакустического детектирования, предлагая оптимальный выбор для фотоакустической микроскопии.

В июне 2022 года в журнале Optics Letters группа преподавателей Ма Чжэньхэ из Школы инженерного управления Циньхуандаоского филиала Северо-Восточного университета опубликовала статью под названием: «Бесконтактная фотоакустическая микроскопия на основе спектрального интерференционного контраста, реализованная с помощью SDOCT», в которой представлен новый метод фотоакустической микроскопии (PAM), сочетающий фотоакустическую технологию и оптическую когерентную томографию (OCT). Для получения четких изображений капилляров группа использовала субнаносекундный микрочиповый лазер (MCA-532-2.5-060, 532 нм, 1,5 нс, 2,5 кГц, 60 мкДж), предоставленный компанией Reallight. Этот инновационный подход способствует дальнейшему применению фотоакустической визуализации в данной области.

Предупреждение: Часть информации в этой статье взята из интернета для технических исследований и обмена опытом и предоставляется в справочных и учебных целях. В случае обнаружения неточностей или академических расхождений, исправления приветствуются. В случае возникновения проблем с авторскими правами, пожалуйста, свяжитесь с нами для оперативной проверки и удаления информации.

Ссылки

Чжэньхэ Ма,1,2 Нин Дин,3 Чжэнь Ли,1 Келян Чжу,1 Анг Ли,1 Чжаньхун Линь,1 И Ван,1,2 Юцянь Чжао,1 Яо Ю,1,2 Цзинминь Луань,4 Синь Чжу,5 И Цзянь Лю1,2,∗，Бесконтактная фотоакустическая микроскопия на основе спектрально-интерференционного контраста, реализованная SDOCT [J] Optics Письма, Том 47, №11/1, июнь 2022 г.