Name: Wideband Optical Detector von Ultraschall für medizinische Imaging-Anwendungen (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-11T15:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 21 s
Description: Lernen Sie die Verwendung eines PI FBG-basierten optischen Ultraschallsensors mit Pulsinterferometrie für die medizinische Bildgebung. Diese Methode ermöglicht robuste, hochauflösende Detektion in klinischen Umgebungen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

DR dankt für die Unterstützung durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) Forschungsstipendium (RA 1848/1) und dem European Research Council Starting Grant. VN räumt finanzielle Unterstützung von der Europäischen Forschungsrates Advanced Investigator Award und der BMBF-Innovationspreis für Medizin.

1. Optoakustische Charakterisierung des π-FBG-Detektor <ol><li> Vorbereitung eines mikroskopischen Bereich in Agar suspendiert: <ol><li> Mischen Agar-Pulver (1,3 Gew.%) mit destilliertem Wasser in einem Becherglas. Verwenden Sie eine heiße Platte magnetisch-Rührwerk, um die Lösung in der Nähe von Kochtemperatur erhitzen und die Agar-Pulver auflösen, bis die Lösung klar und frei von Luftblasen. Alternativ kann der Agar-Lösung unter Verwendung eines herkömmlichen Mikrowellen unter Rühren durchgeführt manuell mit einem Glasstab erwärmt werden. Gießen Sie die heiße Lösung in eine Kunststoffform, z. B. Spritze mit der Spitze ausgeschnitten. </li><li> Streuen Sie eine kleine Menge von mikroskopischen Sphären auf den Agar-Lösung und warten, bis die Lösung vollständig erstarrt. Nehmen Sie die Fest Agar Phantom aus der Form, indem Sie den Kolben. </li><li> Sehen Sie das Phantom unter einem Stereomikroskop schneiden Sie ein kleines Stück Agar, der einen einzelnen mikroskopischen Bereich enthält. </li><li> Wiederholen Sie Schritt 1.1.1 und fügen to der Agar-Agar-Lösung der Feststoffstück, das die einzelnen mikroskopischen Bereich. </li><li> Nach dem Erstarren, schneiden Sie die Phantom-Agar unter dem Mikroskop, so dass die mikroskopischen Bereich liegt in der Nähe des Phantoms Fläche befindet. </li></ol></li><li> Optoakustische Messung <ol><li> Mit zwei V-Nut-Faserhalter, um die Faser fest an beiden Seiten des π-FBG halten, und angeschlossen ist, um den Halter ein dreidimensionales (XYZ) Übersetzung computergesteuerten Bühne. Sicherzustellen, dass die Faser eingetaucht wird, um die Ausbreitung von Ultraschall zu ermöglichen. </li><li> Finden die ungefähre Lage des Erfassungs π-FBG Element durch Beleuchten verschiedene Teile der Faser mit der Hochleistungs-Nanosekunden-Impulslaserstrahl. Die optische Absorption der Beschichtung, aber schwach ist, wird ein Signal erzeugen, wenn die Beleuchtungsstärke im π-FBG durchgeführt. </li><li> Legen Sie die Agar-embedded mikroskopischen Bereich direkt unter der π-FBG. Die mikroskopische Kugel sichtbar, die mit bloßem Auge. </li><li> Verwendung der Übersetzungsstufe, führen eine 2D-Scan des π-FBG in der Ebene parallel zum Boden, um die Position, wo das Signal von der mikroskopischen Bereich ist am stärksten und der entsprechenden Zeitverzögerung kürzesten finden. </li><li> Führen letzten Anpassungen der Beleuchtung, um maximale Leistung der mikroskopischen Bereich zu liefern. </li><li> Mit der Übersetzung der Bühne ein 3D-Scan des π-FBG und notieren Sie das Signal für jede Position. </li><li> Um den ortsabhängigen Frequenzgang der Ultraschalldetektor zu erhalten, die Fourier-Transformation auf dem aufgezeichneten Zeitbereichs-Ultraschall-Signal. </li></ol></li></ol> 2. Einschätzung der Robustheit und Empfindlichkeit des π-FBG Detector Performance <ol><li> Mit zwei V-Nut-Faserhalter, um die Faser fest an beiden Seiten des π-FBG halten und tauchen die π-FBG. </li><li> Legen Sie eine dunkle Platte oder ein Graphitstab kräftig um die π-FBG Gesicht und beleuchten es with der Hochleistungsnanosekundenpuls-Laserstrahl, um eine starke Schallfeld zu erzeugen. </li><li> Legen Sie eine Wasserpumpe im Wasserbehälter und schalten Sie es ein, um schnelle Veränderungen in den Umweltbedingungen zu schaffen. </li><li> Um die Robustheit des Systems zu schätzen, messen Sie den Ausgang mit dem Sperrkreis drehte auf und weg. Wenn keine Verriegelung durchgeführt wird, ist es nicht möglich, das Ultraschallsignal genau zu erfassen. </li><li> Drehen Sie den Wasserpumpe aus. </li><li> Um den Nutzen der Empfindlichkeit aufgrund der hohen Kohärenz der Quelle abzuschätzen, ersetzen Sie den Breitbandpulslaser mit geringer Kohärenzquelle und wiederholen Sie die akustische Messung. Eine Abnahme von mehr als eine Grßenordnung der Empfindlichkeit erwartet wird, wenn die Niederkohärenzquelle verwendet wird. </li></ol>

<ol><li>Hunt, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ultrasound+transducers+for+pulse-echo+medical+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Biomedical+Engineering%22%5BJournal%5D)">Ultrasound transducers for pulse-echo medical imaging.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 30, 453-481 (1983).</li>
<li>Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Multispectral+opto-acoustic+tomography+of+deep-seated+fluorescent+proteins+in+vivo%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Photon%22%5BJournal%5D)">Multispectral opto-acoustic tomography of deep-seated fluorescent proteins in vivo.</a> Nature Photon. 3, 412-417 (2009).</li>
<li>Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Going+deeper+than+microscopy%3A+the+optical+imaging+frontier+in+biology%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology.</a> Nature Methods. 7, 603-614 (2010).</li>
<li>Wang, L. H., Hu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+tomography%3A+In+vivo+imaging+from+organelles+to+organs%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic tomography: In vivo imaging from organelles to organs.</a> Science. 23, 1458-1462 (2012).</li>
<li>Sethuraman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Photoacoustic+imaging+using+an+IVUS+imaging+catheter%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Ultrasonics%2C+Ferroelectrics+and+Frequency+Control%22%5BJournal%5D)">Photoacoustic imaging using an IVUS imaging catheter.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 54, 978-986 (2007).</li>
<li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optoacoustic+methods+for+frequency+calibration+of+ultrasonic+sensors%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Transactions+on+Ultrasonics%2C+Ferroelectrics+and+Frequency+Control%22%5BJournal%5D)">Optoacoustic methods for frequency calibration of ultrasonic sensors.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 58, 316-326 (2011).</li>
<li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-sensitivity+compact+ultrasonic+detector+based+on+a+pi-phase-shifted+fiber+Bragg+grating%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">High-sensitivity compact ultrasonic detector based on a pi-phase-shifted fiber Bragg grating.</a> Optics Letters. 36, 1833-1835 (2011).</li>
<li>Beard, P. C., Mills, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Extrinsic+optical+fibre+ultrasound+sensor+using+a+thin+polymer+film+as+a+low+finesse+Fabry-Perot+interferometer%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Extrinsic optical fibre ultrasound sensor using a thin polymer film as a low finesse Fabry-Perot interferometer.</a> Applied Optics. 35, 663-675 (1996).</li>
<li>Xiong Pernice, W. H. P., Tang, C., X, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+Q+micro-ring+resonators+fabricated+from+polycrystalline+aluminum+nitride+films+for+near+infrared+and+visible+photonics%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">High Q micro-ring resonators fabricated from polycrystalline aluminum nitride films for near infrared and visible photonics.</a> Optics Express. 20, 12261-12269 (2012).</li>
<li>Zhang, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Backward-mode+multiwavelength+photoacoustic+scanner+using+a+planar+Fabry-Perot+polymer+film+ultrasound+sensor+for+high-resolution+three-dimensional+imaging+of+biological+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Optics%22%5BJournal%5D)">Backward-mode multiwavelength photoacoustic scanner using a planar Fabry-Perot polymer film ultrasound sensor for high-resolution three-dimensional imaging of biological tissues.</a> Applied Optics. 47, 561-577 (2008).</li>
<li>Grün, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Three-dimensional+photoacoustic+imaging+using+fiber-based+line+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Biomedical+Optics%22%5BJournal%5D)">Three-dimensional photoacoustic imaging using fiber-based line detectors.</a> Journal of Biomedical Optics. 15, 021306-02 (2010).</li>
<li>Avino, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Musical+instrument+pickup+based+on+a+laser+locked+to+an+optical+fiber+resonator%5BTitle%5D)+AND+%22Optics.+Express%22%5BJournal%5D)">Musical instrument pickup based on a laser locked to an optical fiber resonator.</a> Optics. Express. 19, 25057-25065 (2011).</li>
<li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wideband+optical+sensing+using+pulse+interferometry%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Express%22%5BJournal%5D)">Wideband optical sensing using pulse interferometry.</a> Optics Express. 20, 19016-19029 (2012).</li>
<li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Wideband+fiber-interferometer+stabilization+with+variable+phase%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Photonics+Technology+Letters%22%5BJournal%5D)">Wideband fiber-interferometer stabilization with variable phase.</a> IEEE Photonics Technology Letters. 24, 1499-1501 (2012).</li>
<li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+characterization+of+the+response+of+a+silica+optical+fiber+to+wideband+ultrasound%5BTitle%5D)+AND+%22Optics+Letters%22%5BJournal%5D)">Spatial characterization of the response of a silica optical fiber to wideband ultrasound.</a> Optics Letters. 37, 15-3174 (2012).</li>
<li>Rosenthal, A., Razansky, D., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Model-based+optoacoustic+inversion+with+arbitrary-shape+detectors%5BTitle%5D)+AND+%22Medical+Physics%22%5BJournal%5D)">Model-based optoacoustic inversion with arbitrary-shape detectors.</a> Medical Physics. 38, 4285-4295 (2011).</li>
</ol>

Die Autoren erklären, dass sie keine finanziellen Interessen konkurrieren.

Zusammenfassend ist ein neues optisches Verfahren zur Ultraschalldetektion eingeführt, die auf einer Kombination aus einem π-FBG und Impuls Interferometrie beruht. Die Technik ist besonders für optoakustische Bildgebungsanwendungen aufgrund der Transparenz des Sensorelements, die fast beliebigen Objektbeleuchtungsmuster ermöglicht geeignet. Im Gegensatz dazu sind Standard auf Basis piezoelektrischen Ultraschalldetektoren undurchsichtig und somit blockieren einige der optischen Wege, um das abgebildete Objekt, was zu spe...

Ultraschall-Detektoren spielen eine Schlüsselrolle in vielen Imaging-Anwendungen. Herkömmlicherweise wird Ultraschall von piezoelektrischen Wandlern, die Druckwellen in Spannungssignale umwandeln 1 festgestellt. In optoakustische Bildgebung wird Ultraschall über einen Prozess der Wärmeausdehnung durch Beleuchtung des Objekts mit High-Power-modulierte Licht 6.2 erzeugt. Obwohl piezoelektrischen Wandlern sind die Methode der Wahl in der optoakustischen Anwendungen, deren Nutzung oft behindert Miniaturisierung vor allem, weil miniaturisierten piezoelektrische Wandler sind oft von geringer Empfindlichkeit aus. Darüber hinaus, da piezoelektrische Wandler sind optisch undurchsichtig sind, können sie stark mit Licht Lieferung an den abgebildeten Objekt stören, die Begrenzung Möglichkeiten nutzbar Imaging-Konfigurationen. Licht, das vom Objekt zum Wandler zurückgestreuten kann auch die korrekte Erkennung von Ultraschall zu begrenzen und erschweren die Gestaltung des Abbildungssystems durch optisch induzierte Schädlingic-Signale im Wandler 7. Optische Detektoren von Ultraschall wurden als mögliche Alternative zum piezoelektrischen Wandlern, die viele Vorteile in optoakustischen Bildgebungs Szenarien 8-12 bietet erkannt worden: Sie sind häufig transparent und kann in der Regel ohne Empfindlichkeitsverlust verkleinert werden. Das Arbeitsprinzip der optischen Detektoren interferometrischen Detektion der Minute Verformung in dem optischen Medium aufgrund der Gegenwart von Ultraschall erzeugt. Oft werden Resonatoren verwendet, um die Nachweisempfindlichkeit zu erhöhen durch Einfangen Licht im gestörten Medium für längere Laufzeiten, wodurch die Wirkung der Verformung auf die Phase des optischen Signals. In diesen Fällen werden optische Erfassungssysteme zur Überwachung Variationen in der Resonanzwellenlänge, welche direkt betreffen Verformungen in dem Resonator-Struktur. Am häufigsten werden schmale Linienbreite (CW)-Techniken verwendet, bei denen ein Dauerstrichlaser ist so abgestimmt, the Resonanzwellenlänge. Kleine Verschiebungen in der Resonanzwellenlänge der relativen Position der Wellenlänge des Lasers innerhalb des Resonanz ändern, wodurch Variationen in der Intensität des übertragenen / reflektierten Laserlichts, die leicht überwacht werden können. Wenn jedoch die Resonanzverschiebungen zu stark sind, z. B. aufgrund von großen Druckschwankungen, Temperatur oder Vibrationen, die Resonanz kann vollständig von der Laserwellenlänge zu verschieben, effektiv Sättigung des Detektors 13. Impuls Interferometrie 14 bietet eine Lösung für die Begrenzung der Signalsättigung und ermöglicht Ultraschalldetektion unter Umgebungsbedingungen flüchtig. Im Gegensatz zu verengen Linienbreite CW Systeme beschäftigt Puls Interferometrie ein Breitbandpulsquelle, den Resonator zu beleuchten. In diesem Fall wirkt der Resonator als ein Bandpaßfilter, Senden nur die Wellenlängen, die ihrer Resonanzfrequenz entspricht, während die Resonanzverschiebungen einWieder durch Messen der Wellenlängenvariationen des optischen Signals am Ausgang des Resonators, z. B. durch Verwendung eines Mach-Zehnder-Interferometer gesperrt Quadratur 14,15 detektiert. Eine automatische Reset-Schaltung wird verwendet, um sofort wieder her Arbeitspunkt des Interferometers in der Fall ist aufgrund der extremen Unterschiede in Umweltbedingungen verloren. Aufgrund der relativ große Bandbreite von der Quelle, bleibt die Resonanzwellenlänge innerhalb des beleuchteten Band selbst unter starken Störungen, eine stabile Detektor Betrieb auch unter rauen Umgebungsbedingungen. Die Verwendung einer kohärenten Quelle für die Abfrage, das heißt Lichtimpulse, erleichtert geräuscharm Erkennung. Die entsprechende Impuls Interferometriesystem in unseren Experimenten verwendet, ist in Fig. 1 gezeigt. Der Pulslaser für die Abfrage verwendeten 90 fs erzeugt Impulse mit einer Wiederholungsrate von 100 MHz mit einer Ausgangsleistung von 60 mW und einer spektralen Breite von mehr als 100nm. Das optische Filter hatte eine spektrale Halbwertsbreite von etwa 0,4 nm und wurde auf die Frequenz des Resonanz abgestimmt. Nach dem Filter wurde ein optischer Verstärker verwendet wird, um den erheblichen Verlust bei der Filterung zu kompensieren. Zusätzliche Filterung wurde nach der Verstärkerstufe angelegt, um verstärkte spontane Emission von dem Verstärker zu verringern. Die in unseren Experimenten verwendet Resonator ein pi-phasenverschobene Faser-Bragg-Gitter (FBG-π) 8, durch Teraxion Inc. Insbesondere für die medizinische Anwendung von Ultraschallsensor hergestellt, π-FBG haben den Vorteil, dass alle Faserkomponenten, und so robust und klein. Fig. 2 zeigt einen Vergleich zwischen den Abmessungen der optischen Faser in dieser Arbeit verwendet, und ein 15 MHz miniaturisierten intravaskulären Ultraschall (IVUS) piezoelektrische Wandler. Einige alternative Resonanzbasierte Erkennung Ansätze, wie Mikroringresonatoren in planaren Wellenleitern hergestellt werden, erfordern Kupplungs Fasern an der KomponenteEingang und Ausgang, entweder mehr oder fragile Geräte führenden behindern Miniaturisierung. Im Gegensatz dazu sind π-FBG in Faserkomponenten und keine zusätzlichen Faserkopplung erforderlich. Die Resonanz in π-FBG ist durch die pi-Phasenverschiebung in ihrem Zentrum geschaffen; Licht ist um die Phasenverschiebung über pi Teil der Faser, die wesentlich kürzer als die Länge des Gitters selbst gefangen. In unseren Experimenten war die π-FBG eine Länge von 4 mm und Kopplungskoeffizient κ = 2 mm -1 und die Empfindlichkeit wurde nicht einheitlich entlang seiner Länge verteilt sind, wobei die exponentiell abnehmende Empfindlichkeit von der Gittermitte mit einer Geschwindigkeit von κ . Die volle Breite-halb-Maximum (FWHM) der Empfindlichkeitsverteilung (SD) betrug etwa 350 um. Die Resonanzbreite der Gitter durch sowohl seine Länge und seine Kopplungskoeffizient nach der folgenden Gleichung bestimmt wird: <img alt="Gleichung 1" fo:content-width="1.5in" src="/files/ftp_upload/50847/50847eq1.jpg" files width='"150"'> wo λ die Resonanzwellenlänge ist und n eff der effektive Brechungsindex des Modus in der Faser 8 geführt. Zu beurteilen, ob die π-FBG Detektor für Abbildungsanwendungen geeignet ist, braucht seine ortsabhängige Reaktion auf in einem breiten Frequenzband gemessen werden. Jedoch ist diese Aufgabe extrem schwierig, wenn herkömmliche akustische Techniken verwendet werden. Wir setzen daher eine optoakustische Verfahren zur Charakterisierung Ultraschalldetektor 16, in der eine dunkle mikroskopischen Bereich, in transparent-Agar eingebettet dient als optoakustischen Punktquelle. In unserem Experiment hat der mikroskopische Kugel einen Durchmesser von etwa 100 um und ist mit Hochleistungsnano optische Pulse mit einer Wiederholungsrate von 10 Hz, Impulsdauer von etwa 8 ns, und die Durchschnittsleistung von 200 mW belichtet. Die optische Energie im mikroskopischen sph hinterlegteres erzeugt Breitbandultraschallsignale aufgrund der optoakustischen Effekt. Die π-FBG Detektor relativ zu dem mikroskopischen Bereich verschoben, um seine ortsabhängige akustische Reaktion zu erhalten. Fig. 3 zeigt eine Darstellung der optoakustischen Experiment. Im allgemeinen kann diese Technik eingesetzt werden, um verschiedene Arten von Ultraschall-Detektoren charakterisiert.

<table><tbody><tr><td>&pi;-FBG</td><td>Teraxion Inc.</td><td></td><td>Maßgeschneidertes Gerät</td></tr><tr><td>Mikroskopische Kugeln</td><td>Cospheric LLC</td><td>BKPMS 90-106um- 10g</td><td>100 & Mikro; m Mikrosphären aus Polyethylen</td></tr><tr><td>Femtosekunden-Pulslaser für Verhöre&nbsp;</td><td>Menlo Systems GmbH</td><td>T-Light Femtosekundenlaser</td><td></td></tr><tr><td>Optischer Filter</td><td>Optoplex Corporation</td><td>Optischer 2-Port-Filter (50 GHz)</td><td></td></tr><tr><td>Optischer Verstärker</td><td>Amonics</td><td>AEDFA-PM-PA-35-B-FC</td><td>Tischgerät 35dB Verstärkung Vorverstärker Polarisation Aufrechterhaltung der EDFA</td></tr><tr><td>50/50 Koppler</td><td>OZ-Optics</td><td>FUSED-22-1550-8/125-50/ 50-3S3S3S3S-3-0,5-PM</td><td>Abgesicherter 2 x 2 Fasersplitter mit 0,5 Meter lang, 3 mm AD PVC ummantelt 1.550 nm 8/125&mu; PM<Fiberbr/>-Pigtails, 50/50-Split-Verhältnis in den langsamen Achsen der PM-Fasern und mit Super-FC/PC-Anschlüssen an allen -Anschlüssen.</td></tr><tr><td>Faserhalter</td><td>Thorlabs</td><td>T711/M-250</td><td>Metrisch, nachträglich montierbare Faserklemme, 250 & micro; M&nbsp;</td></tr><tr><td>Agar für die Mikrobiologie</td><td>Sigma Aldrich</td><td>05039-500G</td><td></td></tr><tr><td>Nanosekunden-Pulslaser zur Erzeugung der optoakustischen Signale</td><td>Opotek</td><td>VIBRANT Arrow 532 Typ I</td><td></td></tr><tr><td>Graphitstab</td><td>Faber-Castell</td><td>120700</td><td>Faber-Castell Bleistiftminen - 0,7 mm</td></tr></tbody></table>

wideband optical detector von ultraschall für medizinische imaging-anwendungen

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Optische Sensoren Ultraschall sind eine vielversprechende Alternative zu piezoelektrischen Techniken wie kürzlich auf dem Gebiet der optoakustischen Bildgebung nachgewiesen. In medizinischen Anwendungen, ist eine der Haupteinschränkungen der optischen Sensortechnologie ihre Anfälligkeit gegenüber Umgebungsbedingungen, z. B. Änderungen in Druck und Temperatur, die den Nachweis sättigen kann. Zusätzlich klinischen Umfeld auferlegt oft strenge Beschränkungen für die Größe und Robustheit des Sensors. In dieser Arbeit wird die Kombination aus Impuls Interferometrie und faserbasierten optischen Erfassungs zur Ultraschalldetektion nachgewiesen. Pulse-Interferometrie ermöglicht robusten Entwicklung der Auslesesystem in Gegenwart von schnellen Änderungen in den Umweltbedingungen, während die Verwendung von All-Faser-Technologie führt zu einer mechanisch flexible Sensorelement mit sehr anspruchsvollen medizinischen Anwendungen wie intravaskulären Bildgebung kompatibel. Um eine kurze Sensorlänge zu erreichen, einpi-phasenverschobenen Bragg-Fasergitter verwendet wird, der als Resonator einfängt über eine effektive Länge von 350 um handelt. Um eine hohe Bandbreite zu ermöglichen, wird der Sensor zur Erfassung von seitlichen Ultraschall, die sehr nützlich bei der bildgebenden Umfangsgeometrien wie intravaskulären Bildgebung verwendet. Optoakustischer Abbildungsaufbau wird verwendet, um die Reaktion des Sensors für akustische Punktquellen an unterschiedlichen Positionen zu bestimmen.

Figuren 4a und 4b zeigen jeweils die Signale und deren entsprechenden Spektren von der mikroskopischen Bereich in einem Abstand von 1 mm von der Faser für drei Abstände von dem Zentrum der π-FBG. Die Offsets werden in z-Richtung entspricht, wie in Fig. 3 dargestellt. Offensichtlich ist die Empfindlichkeit des optischen Detektors, um Hochfrequenz-Ultraschall (F&gt; 6 MHz) anisotrop und ist am höchsten, wenn das Zentrum der π-FBG direkt über dem mikroskopischen Bereich . ...

Optische Detektion von Ultraschall ist unpraktisch in vielen Bildszenarien, weil es oft stabile Umweltbedingungen erfordert. Wir zeigen eine optische Sensortechnik für Ultraschall in volatilen Umgebungen mit Miniaturisierung und Empfindlichkeitsstufen für optoakustische Bildgebung angemessen restriktiven Szenarien, wie zB intravaskuläre Anwendungen.

Wideband Optical Detector von Ultraschall für medizinische Imaging-Anwendungen

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

In diesem Video wird die Verwendung eines optischen Ultraschallsensors demonstriert, der auf einer PPH-Phasenverschiebungsfaser-Brag-Gradierung (PI FBG) als Sensorelement und einem Pulsinterferometrie-Auslesesystem basiert. Dies wird erreicht, indem eine dunkle mikroskopische Kugel in transparenten Agar eingebettet und zur Erzeugung einer breitbandigen punktartigen akustischen Quelle verwendet wird, indem sie mit Hochleistungslichtimpulsen beleuchtet wird. In einem zweiten Schritt wird das Pie FBG dreidimensional abgetastet, was eine Charakterisierung seiner orts- und frequenzabhängigen Reaktion auf Ultraschall ermöglicht.Als nächstes wird eine Wasserpumpe verwendet, um eine mechanische Störung in der Nähe des Ultraschallsensors zu erzeugen und die Robustheit des Sensors zu bewerten. Es werden Ergebnisse erzielt, die zeigen, dass der optische Sensor aufgrund seiner raumzeitlichen akustischen Reaktion und seiner Robustheit gegenüber mechanischen Störungen für reale Bildgebungsanwendungen geeignet ist. Der Hauptvorteil dieser Technik gegenüber bestehenden optischen Methoden zur Ultraschalldetektion wie der Kombination von Mikroringen mit kontinuierlicher Welleninterferometrie besteht

wideband-optical-detector-ultrasound-for-medical-imaging

Research

Forschung

JoVE Journal

Bioengineering

Biotechnik

Optische Auflösung photoakustische Mikroskopie (OR-PAM) ist eine aufstrebende Technologie, mit der abbildenden optischen Absorption...

Dreidimensionale Optische Auflösung photoakustische Mikroskopie

Wir beschreiben eine neue Ultraschall-basierten Vektor-Gewebe-Doppler-Imaging-Technik, um die Muskelkontraktionsgeschwindigkeit, Strain und Strain Rate mit Sub-Millisekunden-Zeitauflösung bei der dynamischen Aktivitäten zu messen. Dieser Ansatz bietet ergänzende Messungen der dynamischen Muskelfunktion und könnte zu einem besseren Verständnis der Mechanismen, die Muskel-Skelett-Erkrankungen führen.

A Novel Anwendung von Muskel-Skelett-Ultraschall-Bildgebung

Wir bieten hierin eine detaillierte Beschreibung des experimentellen Protokolls für die Bildgebung mit einem neu entwickelten tragbaren optoakustischen (photoakustischen) System für dreidimensionale funktionelle und molekulare Bildgebung in Echtzeit. Die demonstrierte Leistungsfähigkeit und Vielseitigkeit kann neue Anwendungsbereiche der optoakustischen Technologie in der präklinischen Forschung und klinischen Praxis definieren.

Universal-Hand Dreidimensionale Optoakustische Bildgebung Sonde für Deep Tissue Menschen Angiographie und Funktions präklinischen Studien in Echtzeit

Hier wird eine umschaltbare akustische Auflösung (AR) und eine optische Auflösung (OR) photoakustische Mikroskopie (AR-OR-PAM) -System gezeigt, die sowohl eine hochauflösende Bildgebung in flacher Tiefe als auch eine niedrige Auflösung der tiefen Gewebeabbildung auf der gleichen Probe in vivo ermöglicht .

Umschaltbare akustische und optische Auflösung Photoakustische Mikroskopie für<em&gt; In vivo</em&gt; Kleintier-Blut-Vaskulatur-Bildgebung

Eine klinische handheld photoakustische imaging-System wird für die Echtzeit-nicht-invasive kleine Tier Bildgebung nachgewiesen werden.

Hand-Held klinische photoakustische Imaging-System für Echtzeit-nicht-invasive kleine Tier Imaging

Präzise und effiziente Visualisierung von invasiven Medizinprodukten ist extrem wichtig in vielen Ultraschall-geführte minimal-invasive Verfahren. Hier ist eine Methode zur Lokalisierung der räumlichen Lage der Nadelspitze im Vergleich zu bildgebenden Ultraschallsonde präsentiert.

Dreidimensionale Ultraschall Nadel Tipp Tracking mit einem Glasfaser-Ultraschall-Empfänger

Niedrige Intensität pulsierte Ultraschall Stimulation (LIPUŠ) ist eine Modalität für nicht-invasive mechanische Stimulation der endogenen oder veränderter Zellen mit hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung. Dieser Artikel beschreibt wie LIPUŠ zu einem Epi-Fluoreszenz-Mikroskop zu implementieren und akustische Impedanzfehlanpassung auf dem Ultraschall Weg zu verhindern, dass unerwünschte mechanische Artefakte zu minimieren.

Multiplexen fokussiert Ultraschall-Stimulation mit Fluoreszenz-Mikroskopie

Dieses Protokoll zeigt, wie ultraschnelle Ultraschall-Doppler-Bildgebung angewendet wird, um Blutflüsse zu quantifizieren. Nach einer 1 s langen Erfassung hat der Experimentator Zugriff auf einen Film des gesamten Sichtfeldes mit axialen Geschwindigkeitswerten für jedes Pixel pro ≈0,3 ms (abhängig von der Ultraschallzeit des Fluges).

Blutfluss-Bildgebung mit ultraschnellem Doppler

Wir berichten über ein koregistriertes Ultraschall- und photoakustisches Bildgebungsprotokoll für die transvaginale Bildgebung von Eierstock-/Adnexläsionen. Das Protokoll kann für andere translationale photoakustische Bildgebungsstudien wertvoll sein, insbesondere für solche, die kommerzielle Ultraschall-Arrays für die Detektion photoakustischer Signale und Standard-Delay-and-Sum-Beamforming-Algorithmen für die Bildgebung verwenden.

Ein gemeinsames Ultraschall- und photoakustisches Bildgebungsprotokoll für die transvaginale Bildgebung von Ovarialläsionen

Die Dicke und Funktion des Zwerchfells kann bei gesunden Personen und kritisch kranken Patienten mittels Point-of-Care-Ultraschall beurteilt werden. Diese Technik bietet eine genaue, reproduzierbare, praktikable und gut verträgliche Methode zur Beurteilung der Struktur und Funktion des Zwerchfells.

Messung der Membrandicke und -funktion mittels Point-of-Care-Ultraschall

Lernen Sie die Verwendung eines PI FBG-basierten optischen Ultraschallsensors mit Pulsinterferometrie für die medizinische Bildgebung. Diese Methode ermöglicht robuste, hochauflösende Detektion in klinischen Umgebungen.

Wideband Optical Detector von Ultraschall für medizinische Imaging-Anwendungen

Weitere Videos entdecken