النطاق العريض للكشف عن الموجات فوق الصوتية البصرية للتطبيقات التصوير الطبي

كشف بصري الموجات فوق الصوتية غير عملي في العديد من السيناريوهات التصوير لأنه غالبا ما يتطلب الظروف البيئية المستقرة. ونحن لشرح تقنية البصرية للاستشعار الموجات فوق الصوتية في بيئات متقلبة مع التصغير وحساسية المستويات المناسبة للتصوير بصري سمعي في سيناريوهات التقييدية، مثل التطبيقات داخل الأوعية الدموية.

سيوضح هذا الفيديو استخدام مستشعر بصري للموجات فوق الصوتية يعتمد على تصنيف تفاخر الألياف المتحول بمرحلة PPH ، أو PI FBG كعنصر استشعار ونظام قراءة قياس التداخل النبضي. يتم تحقيق ذلك من خلال تضمين كرة مجهرية داكنة في أجار شفاف واستخدامها لتوليد نقطة نطاق عريضة مثل المصدر الصوتي عن طريق إضاءتها بنبضات ضوئية عالية الطاقة. كخطوة ثانية ، يتم مسح فطيرة FBG ضوئيا في ثلاثة أبعاد ، مما يتيح توصيف استجابتها المعتمدة على المكان والتردد للموجات فوق الصوتية.

بعد ذلك ، يتم استخدام مضخة مياه من أجل إحداث اضطراب ميكانيكي بالقرب من مستشعر الموجات فوق الصوتية وتقييم متانة المستشعر. تم الحصول على نتائج تظهر أن المستشعر البصري مناسب لتطبيقات التصوير في العالم الحقيقي بناء على استجابته الصوتية الزمانية المكانية وقوته في مواجهة الاضطرابات الميكانيكية. الميزة الرئيسية لهذه التقنية على الطرق البصرية الحالية للكشف بالموجات فوق الصوتية مثل الجمع بين الحلقات الدقيقة مع قياس تداخل الموجات المستمر ، هي أن هذه التقنية توفر متانة عالية ضد الاهتزازات الميكانيكية ، مما يتيح تطبيقها في البيئة السريرية.

بالإضافة إلى ذلك ، تعتمد أجهزة الكشف الخاصة بنا على تصميم ألياف كاملة مع عامل رغوة متوافق مع تطبيقات القسطرة الأكثر صرامة. تمتد الآثار المترتبة على هذه التقنية نحو تقنيات التصوير طفيفة التوغل بسبب الأبعاد الصغيرة لكاشف الألياف. بشكل عام ، سيكافح الأفراد الجدد في هذه الطريقة بسبب التصميم غير القياسي للتداخل والاستجابة الصوتية المعقدة للكاشف عند ترددات أقل من ستة ميغا هرتز.

للبدء ، اخلطي مسحوق أجار مع الماء المقطر في مكبر صوت زجاجي. استخدم جهاز تحريك مغناطيسي بلوحة ساخنة لتسخين المحلول بالقرب من درجة حرارة الغليان وإذابة مسحوق الأجار حتى يصبح المحلول صافيا وخاليا من فقاعات الهواء. رش كمية صغيرة من الكرات المجهرية على محلول أجار وانتظر حتى يتجمد المحلول تماما.

أخرج شبح أجار الصلب من القالب عن طريق دفع المكبس. عرض الشبح تحت المجهر المجسم. قطع قطعة صغيرة من أجار تحتوي على كرة مجهرية واحدة.

كرر تحضير الأجار وأضف قطعة الأجار الصلبة التي تحتوي على الكرة المجهرية المفردة إلى محلول الأجار. بعد التصلب ، قم بقطع شبح أجار تحت المجهر بحيث يقع الكرة المجهرية بالقرب من السطح الوهمي. تستخدم هذه التجارب تصنيف ألياف براج المتغيرة بمرحلة PPH كرنان.

استخدم حاملي ألياف أخدود V لتثبيت الألياف بإحكام على جانبي pi. FBG. قم بتوصيل الحامل بترجمة ثلاثية الأبعاد. مرحلة تعمل بالكمبيوتر.

تأكد من غمر الألياف في خزان المياه. لتمكين انتشار الموجات فوق الصوتية ، ابحث عن الموقع التقريبي لعنصر الاستشعار PI FBG عن طريق إضاءة أجزاء مختلفة من الألياف باستخدام شعاع الليزر النبضي النانو ثاني عالي الطاقة ، وهو الامتصاص البصري للطلاء. ومع ذلك ، سيؤدي الضعيف إلى إنشاء إشارة عند إجراء الإضاءة على PI FBG.

بعد ذلك ، ضع الكرة المجهرية المضمنة في أجار مباشرة أسفل pi FBG. يجب أن تكون الكرة المجهرية مرئية للعين المجردة باستخدام مرحلة الترجمة. قم بإجراء مسح ثنائي الأبعاد ل PI FBG في السهل الموازي للأرض للعثور على الموقع الذي تكون فيه الإشارة من الكرة المجهرية أقوى وتأخير الوقت المقابل لها هو الأقصر.

قم بإجراء التعديلات الأخيرة على الإضاءة لتوفير أقصى قدر من الطاقة للكرة المجهرية. باستخدام مرحلة الترجمة ، قم بإجراء مسح 3G ل PI FBG وتسجيل الإشارة لكل موضع للحصول على استجابة التردد المعتمدة مكانيا للكاشف بالموجات فوق الصوتية. قم بإجراء تحويل البيطار على إشارة الموجات فوق الصوتية للمجال الزمني المسجل.

استخدم اثنين من حاملي ألياف الأخدود V لتثبيت الألياف بإحكام على جانبي PI FBG. ضع صفيحة داكنة بشكل معقم في خزان المياه وقم بإضاءةها بشعاع ليزر نبضي نانو ثانية عالي الطاقة لإنشاء مجال صوتي قوي. ثم ضع PI FBG فوق المنطقة المضيئة.

ضع مضخة مياه داخل خزان المياه وقم بتشغيلها من أجل إحداث اختلافات سريعة في الظروف البيئية لتقدير متانة النظام ، وقياس الإخراج مع تشغيل دائرة القفل وإيقافها. عندما لا يتم إجراء قفل ، لا يمكن اكتشاف إشارة الموجات فوق الصوتية بدقة. بعد إيقاف تشغيل مضخة المياه ، قم بتقدير الفائدة والحساسية بسبب التماسك العالي للمصدر عن طريق استبدال ليزر النبض عريض النطاق بمصدر تماسك منخفض.

ثم كرر القياس الصوتي. ومن المتوقع حدوث انخفاض يزيد عن ترتيب من حيث الحجم والحساسية عند استخدام المصدر المتماسك المنخفض. تظهر هنا الإشارات وأطيافها المقابلة من الكرة المجهرية على مسافة ملليمتر واحد من الألياف لثلاث إزاحات من مركز pi FBG.

تتم مقارنة الأطياف بطيف المصدر الكروي المثالي الذي يبلغ قطره 100 ميكرومتر. من الواضح أن حساسية الكاشف البصري للموجات فوق الصوتية عالية التردد هي مواقف الخواص وتكون أعلى عندما يكون مركز PI FBG فوق الكرة المجهرية مباشرة. على الرغم من عدم تطابق المعاوقة الصوتية العالية بين ألياف السيليكا والماء ، فإن المستشعر يظهر طيفا صوتيا منتظما نسبيا خاليا من الرنين عند ترددات أعلى من ستة ميغا هرتز مما يؤدي إلى إشارة صوتية بصرية حادة محددة جيدا مناسبة لتطبيقات التصوير.

هنا مقارنة بين إشارات الموجات فوق الصوتية المقاسة باستخدام مصدر منخفض التماسك ومصدر النبض. لوحظ انخفاض كبير في حساسية عامل 18 للإشارات المكتشفة بمصدر التماسك المنخفض. هذه الحساسية المنخفضة متأصلة في المصدر المتماسك المنخفض حيث يتم إنشاء الطيف البصري عريض النطاق من خلال عملية عشوائية بدلا من عملية حتمية لمصدر النبض المتماسك.

بمجرد إتقانها ، يمكن إجراء تقنية توصيف المستشعر في غضون ساعات قليلة إذا تم إجراؤها بشكل صحيح. أثناء محاولة هذا الإجراء ، من المهم أن تتذكر التمييز بين الاستجابة الصوتية للمستشعر عند ترددات أقل وأعلى من ستة ميغاهيرتز. فقط عند ترددات الإطارات تكون الاستجابة خالية من الرنين نسبيا ومناسبة لتطبيقات التصوير بعد تطويرها.

مهدت هذه التقنية الطريق للباحثين في مجال التصوير الصوتي البصري لاستكشاف تصميمات جديدة لأجهزة التصوير طفيفة التوغل للاستخدام السريري.