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谱镭光电推出新品激光器—助力光声成像

浏览次数:3391 发布日期:2024-7-1  来源:本站 本站原创,转载请注明出处
谱镭光电近期推出新品亚纳秒激光器,采用微片激光技术,是可以得到µJ量级的亚纳秒激光器,这种激光器在生物光学(光子成像、医美、光声成像)上有广泛的应用。采用专利倍频技术可以实现532nm、355nm、266nm的多种波长输出,同时保证激光器在紫外波段的工作寿命和有优势的产品品质及价格。

什么是光声成像?

光声成像(photoacoustic effect,简称PA)是一种结合了光学和超声的一种强大非侵入式的技术,它能够根据光声效应检测样品的光吸收。所谓的光声效应是利用光能转化为声能的一种物理现象,当脉冲激光照射生物组织中时,组织的光吸收域将产生超声信号,我们称这种由光激发产生的超声信号为光声信号[1]。在近几年,光声成像技术已经成功的应用于细胞、毛细血管和组织的探测中。

什么是OCT技术?

光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography, 简称OCT)在上世纪90年代即被开发用于生物学的无创断层扫描成像。OCT使用低相干干涉术,以类似于超声脉冲回波成像的方式,从内部组织微结构的光学散射信号生成截面二维图像。OCT具有微米级的纵向和横向空间分辨率,可以检测到小至入射光功率约10-10的反射信号,对透明、半透明、浑浊材料内部可以有很好的细节检测能力,对于不可穿透材质也可轻松实现表面轮廓扫描[2]

针对表面以及内部缺陷识别应用来说,是对于传统相机视觉技术的有力补充。一般可分为时域光学相干层析成像术(TDOCT)和光谱域光学相干层析成像术(SDOCT)。SDOCT一般以迈克尔逊干涉仪为主记录低相干干涉光谱信号,通过傅里叶变换,实现样品内部纵向信息(深度方向)的并行获取,目前是临床眼科应用的主流技术。

光声成像具有非常好的成像深度和一定的分辨率,而OCT技术有非常好的成像分辨率,但是成像深度一般在几百µm。


不同成像技术的成像分辨率


不同成像技术的成像深度

光声技术应用方向

1.生物医学成像:如冠状动脉、消化道、呼吸道、脑皮层、癌症、皮肤等各种生物组织的成像及某些材料特性的检测。

2.药物传递研究:光声成像可以用于研究药物在体内的传递过程。通过注入药物和控制激光位置,可以观察到药物在体内的分布情况,从而为药物疗效评估提供依据。

3.神经科学研究:光声成像可以用于观察神经元的活动。通过将激光照射到神经元上,可以观察到神经元的兴奋和抑制等过程,从而增加对神经系统的理解。

4.材料科学:光声成像可以用于材料表征。例如,可以通过光声成像来观察材料的内部结构、缺陷和应力分布。

5.气体检测:光声成像可以用于检测气体浓度和气体分布。利用光声成像技术,可以实现对大气环境中的有害气体、烟雾等的快速、无损和远程检测。

杏林睿光MCA激光器:解锁生物光学成像新维度

传统的光声成像系统一般是基于压电传感器来探测信号,因此需要与样品有接触,然而在很多的临床情况下不允许有直接的接触,例如眼科和脑科的手术,所以无接触的光声成像的研究在目前具有很大的前景。

东北大学基于频域光学相干层析成像的技术搭建了一套系统用以实现无接触的光声成像的目的。这种全光检测利用样品的镜面反射,以直接在覆盖在样品上的水面上以非接触方式实现的。在SDOCT的照射过程中,干涉谱相位随PA激发引起的水面振动而不断变化,通过快速傅里叶变换(FFT)来进行PA成像[3]


如下图所示,脉冲激光和相干成像的光源通过一个二向色镜合二为一,然后,组合光束通过包含X-Y扫描仪和物镜(约30mm焦距)的光学探测臂传递到样品上,通过频域光学相干断层成像技术来实现无接触的光声成像。光声成像的激励源为杏林睿光的脉冲激光器(谱镭光电独家代理),工作在外触发模式,当短脉冲的激光照射到样品上的时候,由于光声效应产生超声波,继而传播到水的表面引起振荡,从而获取光声成像,在获取的光声成像中提取出SDOCT的信号,得到高分辨的OCT信息,达到同时成像的目的。
 

在整套系统中,脉冲激光是关键的一部分,在该文献中选用的是型号是MCA-532-2.5-060,该产品来自于杏林睿光公司(谱镭光电独家代理)。MCA系列微片激光器是杏林睿光自主研发的半导体泵浦被动调Q固体激光器,单脉冲能量稳定,光束质量好,稳定可靠。本系列产品包含1064nm、532nm、355nm和266nm四种波长,主要功能特点有脉宽可达1.2ns,脉冲能量可达120μJ,最高重复频率可达20kHz,光束模式为TEM00,全密封设计,高可靠性。
 

该脉冲激光(MCA-532-2.5-060)的激发脉冲能量约200nJ/pulse,这用于激发光声信号,如下左图所示,这是芦笋叶的光声成像结果,而右图是在同一套设备上同时得到的SDOCT的成像结果,PAM和OCT具有较好的分辨率和穿透深度。PAM基于吸收,而OCT是基于样品中由于折射率变化而产生的背散射光。两种成像方式的结合可以从组织样本中提供不同的信息。
 

他们通过这个设备在体外成像了一个老鼠耳廓的血管,该图像由6个不同的区域组成,包括区域变化时间在内的采集时间约5min,该数据是使用脉冲激光器的功率参数是大约250nJ/pulse。成像结果如下图所示,下左图为成像的血管图片,右图为实际耳朵血管照片, 可见PAM成像结果与照片吻合较好。
 

综上所述,利用样品振动引起的干扰谱对比度降低进行声信号检测。PAM系统是SDOCT和激发脉冲激光器的组合。实验结果表明,该方法对PAM成像是稳定的,在血管疾病的基础研究中有很好的应用前景。

系列微片激光器系列详细介绍
 

参考文献:

1. 曾礼漳, 杨思华, 邢达. 光声成像技术及其医学应用进展华南师范大学学报:自然科学版 2016; 48(1):7.
2. 薛平 陈. 光学相干断层扫描成像新技术OCT物理与工程 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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杭州谱镭光电技术有限公司!

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