譜鐳光電推出新品激光器—助力光聲成像

瀏覽次數：2587　發布日期：2024-7-1　來源：本站　本站原創，轉載請注明出處

譜鐳光電近期推出新品亞納秒激光器，采用微片激光技術，是可以得到µJ量級的亞納秒激光器，這種激光器在生物光學（光子成像、醫美、光聲成像）上有廣泛的應用。采用專利倍頻技術可以實現532nm、355nm、266nm的多種波長輸出，同時保證激光器在紫外波段的工作壽命和有優勢的產品品質及價格。

什么是光聲成像？

光聲成像(photoacoustic effect，簡稱PA)是一種結合了光學和超聲的一種強大非侵入式的技術，它能夠根據光聲效應檢測樣品的光吸收。所謂的光聲效應是利用光能轉化為聲能的一種物理現象，當脈沖激光照射生物組織中時，組織的光吸收域將產生超聲信號，我們稱這種由光激發產生的超聲信號為光聲信號^[1]。在近幾年，光聲成像技術已經成功的應用于細胞、毛細血管和組織的探測中。

什么是OCT技術？

光學相干層析成像(Optical Coherence Tomography, 簡稱OCT)在上世紀90年代即被開發用于生物學的無創斷層掃描成像。OCT使用低相干干涉術，以類似于超聲脈沖回波成像的方式，從內部組織微結構的光學散射信號生成截面二維圖像。OCT具有微米級的縱向和橫向空間分辨率，可以檢測到小至入射光功率約10-10的反射信號，對透明、半透明、渾濁材料內部可以有很好的細節檢測能力，對于不可穿透材質也可輕松實現表面輪廓掃描^[2]。

針對表面以及內部缺陷識別應用來說，是對于傳統相機視覺技術的有力補充。一般可分為時域光學相干層析成像術(TDOCT)和光譜域光學相干層析成像術(SDOCT)。SDOCT一般以邁克爾遜干涉儀為主記錄低相干干涉光譜信號，通過傅里葉變換，實現樣品內部縱向信息（深度方向）的并行獲取，目前是臨床眼科應用的主流技術。

光聲成像具有非常好的成像深度和一定的分辨率，而OCT技術有非常好的成像分辨率，但是成像深度一般在幾百µm。

不同成像技術的成像分辨率

不同成像技術的成像深度

光聲技術應用方向

1.生物醫學成像：如冠狀動脈、消化道、呼吸道、腦皮層、癌癥、皮膚等各種生物組織的成像及某些材料特性的檢測。

2.藥物傳遞研究：光聲成像可以用于研究藥物在體內的傳遞過程。通過注入藥物和控制激光位置，可以觀察到藥物在體內的分布情況，從而為藥物療效評估提供依據。

3.神經科學研究：光聲成像可以用于觀察神經元的活動。通過將激光照射到神經元上，可以觀察到神經元的興奮和抑制等過程，從而增加對神經系統的理解。

4.材料科學：光聲成像可以用于材料表征。例如，可以通過光聲成像來觀察材料的內部結構、缺陷和應力分布。

5.氣體檢測：光聲成像可以用于檢測氣體濃度和氣體分布。利用光聲成像技術，可以實現對大氣環境中的有害氣體、煙霧等的快速、無損和遠程檢測。

杏林睿光MCA激光器：解鎖生物光學成像新維度

傳統的光聲成像系統一般是基于壓電傳感器來探測信號，因此需要與樣品有接觸，然而在很多的臨床情況下不允許有直接的接觸，例如眼科和腦科的手術，所以無接觸的光聲成像的研究在目前具有很大的前景。

東北大學基于頻域光學相干層析成像的技術搭建了一套系統用以實現無接觸的光聲成像的目的。這種全光檢測利用樣品的鏡面反射，以直接在覆蓋在樣品上的水面上以非接觸方式實現的。在SDOCT的照射過程中，干涉譜相位隨PA激發引起的水面振動而不斷變化，通過快速傅里葉變換(FFT)來進行PA成像^[3]。

如下圖所示，脈沖激光和相干成像的光源通過一個二向色鏡合二為一，然后，組合光束通過包含X-Y掃描儀和物鏡（約30mm焦距）的光學探測臂傳遞到樣品上，通過頻域光學相干斷層成像技術來實現無接觸的光聲成像。光聲成像的激勵源為杏林睿光的脈沖激光器（譜鐳光電獨家代理），工作在外觸發模式，當短脈沖的激光照射到樣品上的時候，由于光聲效應產生超聲波，繼而傳播到水的表面引起振蕩，從而獲取光聲成像，在獲取的光聲成像中提取出SDOCT的信號，得到高分辨的OCT信息，達到同時成像的目的。

在整套系統中，脈沖激光是關鍵的一部分，在該文獻中選用的是型號是MCA-532-2.5-060，該產品來自于杏林睿光公司（譜鐳光電獨家代理）。MCA系列微片激光器是杏林睿光自主研發的半導體泵浦被動調Q固體激光器，單脈沖能量穩定，光束質量好，穩定可靠。本系列產品包含1064nm、532nm、355nm和266nm四種波長，主要功能特點有脈寬可達1.2ns，脈沖能量可達120μJ，最高重復頻率可達20kHz，光束模式為TEM00，全密封設計，高可靠性。

該脈沖激光（MCA-532-2.5-060）的激發脈沖能量約200nJ/pulse，這用于激發光聲信號，如下左圖所示，這是蘆筍葉的光聲成像結果，而右圖是在同一套設備上同時得到的SDOCT的成像結果，PAM和OCT具有較好的分辨率和穿透深度。PAM基于吸收，而OCT是基于樣品中由于折射率變化而產生的背散射光。兩種成像方式的結合可以從組織樣本中提供不同的信息。

他們通過這個設備在體外成像了一個老鼠耳廓的血管，該圖像由6個不同的區域組成，包括區域變化時間在內的采集時間約5min，該數據是使用脈沖激光器的功率參數是大約250nJ/pulse。成像結果如下圖所示，下左圖為成像的血管圖片，右圖為實際耳朵血管照片，可見PAM成像結果與照片吻合較好。

綜上所述，利用樣品振動引起的干擾譜對比度降低進行聲信號檢測。PAM系統是SDOCT和激發脈沖激光器的組合。實驗結果表明，該方法對PAM成像是穩定的，在血管疾病的基礎研究中有很好的應用前景。

系列微片激光器系列詳細介紹

參考文獻：

1. 曾禮漳, 楊思華, 邢達. 光聲成像技術及其醫學應用進展. 華南師范大學學報：自然科學版 2016; 48(1):7.
2. 薛平陳. 光學相干斷層掃描成像新技術OCT. 物理與工程 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 SDOCT. Optics Letters 2022; 47(11).

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