Ученые Jinan University’s Institute of Photonics Technology (Guangzhou, China)  разработали фотоакустический метод томографии, который может иметь широкое применение в переносных контрольно-измерительные приборах и медицинской диагностике.

Новый метод использует волоконно-оптическое ультразвуковое сканирование на основе  акустических эффектов лазерных импульсов  на термоупругом эффекте, т.е.: на эффекте изменения температуры в результате упругих деформаций.

“Обычные волоконно-оптические датчики обнаруживают очень слабые сигналы, используя их высокую чувствительность с помощью фазового измерения», – говорит Long Jin, ведущий исследователь. «Они не так хорошо работают для ультразвуковых волн на мегагерцовых частотах, используемых в медицинских целях, потому что ультразвуковые волны обычно распространяются как сферические волны и имеют очень ограниченную длину взаимодействия с оптическими волокнами. Новые датчики предназначены для медицинских исследований и могут обеспечить лучшую чувствительность, чем пьезоэлектрические датчики, используемые в настоящее время.

Исследовательская группа конструировала датчик ультразвука (рис.1) который имеет компактный лазер внутри  одномодового волокна диаметром 8 мкм. “Обычно датчик имеет длину 8 мм”, – говорит Джин. “Для того чтобы обеспечить оптическую обратную связь с лазером, в сердечник волокна вставлены два отражающие зеркала “. Волокно легировано иттербием и эрбием – для того чтобы обеспечить достаточное оптическое увеличение на 1530 nm. Для накачки используется  980 nm полупроводниковый лазер».

Рис.1 – Схема фотоакустической микроскопии с использованием лазерно-волоконного ультразвукового датчика. Фото: Long Jin

“Такие волоконные лазеры с килогерцовой  линией, шириной оптического спектра,  могут использоваться в качестве датчиков, поскольку они обеспечивают высокое соотношение сигнал / шум”, – говорит член исследовательской группы Yizhi Liang, доцент Института Фотоники.

Волоконный лазер с ультразвуковыми датчиками открывает хорошие перспективы его использования в фотоакустической микроскопии. Исследователи использовали сфокусированный 532 nm импульсный  лазер для того чтобы осветить образец и возбудить сигналы ультразвука. Они устанавливали неподвижный  датчик около биологического образца для того чтобы обнаружить оптически наведенные волны ультразвука.

Рис.2 – Изображение кровеносных сосудов и капилляров  (2,7 × 2,7 мм) уха мыши в фотоакустическом микроскопе. Фото: Long Jin

“Растровым сканированием лазерного пятна мы можем получить фотоакустическое изображение сосудов и капилляров уха мыши”, – говорит Джин. “Этот метод также может быть использован для структурного изображения других тканей и изображения функционального распределения кислорода с помощью возбуждения другими длинами волн, которые используют преимущества характерных спектров поглощения различных тканей – мишеней.”

“Традиционные эндоскопические приборы, как правило, имеют миллиметровые размеры, что может вызвать боль, и они плохо работают в полых органах с ограниченным пространством. Развитие нашего лазерно-волоконного ультразвукового датчика очень обнадеживает своим  значительным потенциалом для создания эндоскопов и переносных, компактных приборов”- отметил Jin .

Подробнее см.: ipt.jnu.edu.cn/en

Источник: BioOpticsWorld