광대역 의료 이미징 애플리케이션을위한 초음파의 광 검출기

요약

종종 안정적인 환경 조건을 필요로하기 때문에 초음파의 광학 검출 많은 영상 시나리오에서 비실용적이다. 우리는 제한적인 시나리오, 예를 들면 혈관 내 응용 프로그램에서 optoacoustic 영상에 적합한 소형화 및 민감도 수준의 휘발성 환경에서 초음파 감지하는 광학 기술을 보여줍니다.

초록

최근 optoacoustic 이미징 분야에서 입증 된 바와 같이 초음파의 광 센서는 압전 기술에 대한 유망한 대안이다. 의료 분야에서는, 광 센싱 기술의 주요 제한 사항 중 하나는 검출 포화있다 환경 조건, 압력 및 온도 등의 변화로 그 감수성이다. 또한, 임상 적 환경은 종종 센서의 크기와 견고성에 대한 엄격한 제한을 부과한다. 본 연구에서는 펄스 간섭 및 섬​​유 기반의 광 센서의 조합은 초음파 감지 보여줍니다. 모든 섬유 기술의 사용과 같은 혈관 이미징 매우 까다로운 의료 애플리케이션과 호환 기계적가요 감지 소자로 연결하는 반면 펄스 간섭계는, 환경 조건의 급속한 변화의 존재 판독 시스템의 강력한 성능을 가능하게한다. 짧은 센서 길이를 달성하기 위해서PI-위상 시프트 광섬유 브래그 격자는 350 μM의 유효 길이에 걸쳐 빛을 트래핑 공진기 역할을하는 데 사용됩니다. 높은 대역폭을 사용하려면, 센서 등의 혈관 이미징 원주 영상의 형상에 매우 유용합니다 초음파의 측방 감지에 사용됩니다. optoacoustic 촬상 설정은 상이한 위치에서 탄성 포인트 소스에 대한 센서의 응답을 결정하는 데 사용된다.

서론

초음파 감지기는 다양한 이미징 애플리케이션에 중요한 역할을한다. 통상적으로, 초음파는 전압 신호 ^(1)에 압력 파동을 변형 압전 트랜스 듀서에 의해 검출된다. optoacoustic 이미징, 초음파는 고출력 변조 된 광 ^2-6 개체를 조명하여 열 팽창의 과정을 통해 생성된다. 압전 트랜스 듀서 optoacoustic 응용 프로그램의 선택의 방법이지만 소형 압전 트랜스 듀서는 종종 낮은 감도를 특징으로하고 있기 때문에, 이들의 사용은 종종 주로 소형화를 방해한다. 압전 트랜스 듀서는 광학적으로 불투명하기 때문에 또한, 그들은 심각하게 사용할 수있는 영상 구성에 대한 가능성을 제한, 이미지가 개체에 빛 전달을 방해 할 수 있습니다. 트랜스 듀서에 대한 개체에서 후방 산란되는 광은 또한 초음파의 적절한 검출을 제한하고 광학적으로 인해 유도 parasit으로 이미징 시스템의 설계를 복잡하게 할 수IC는 트랜스 듀서 ^(7)에 신호를 보낸다.

초음파의 광 검출기는 optoacoustic 영상 시나리오 ^8-12에서 많은 혜택을 제공합니다 압전 트랜스 듀서에 대한 가능한 대안으로 인식되고있다 : 그들은 종종 투명하며 일반적으로 감도의 손실없이 소형화 할 수있다. 광 검출기의 ....

프로토콜

π-FBG 감지기 1. Optoacoustic 특성

1. 한천에 현탁 미세한 구형의 준비 :
   1. 유리 비커에 증류수로 한천 분말 (1.3 중량 %)을 혼합. 끓는 온도에 가까운 용액을 가열하고 용액이 공기 거품의 명확하고 무료로 될 때까지 한천 분말을 용해 할 수있는 핫 플레이트 자석 교반기 장치를 사용합니다. 대안 적으로, 한천 용액을 수동으로 유리 교반기를 사용하여 교반하면서 수행 종래의 전자 렌지를 사용하여 가열 될 수있다. 플라스틱 금형, 그 팁 예를 들어 주사기에 뜨거운 용액을 붓고 잘라.
   2. 한천 솔루션에 대한 현미경 분야의 소량을 뿌려 솔루션이 완전히 응고 될 때까지 기다립니다. 플런저를 밀어 금형 밖으로 고체 한천 팬텀을 가져 가라.
   3. 입체 현미경으로 팬텀을보기는 하나의 미세한 영역을 포함 한천의 작은 조각을 잘라.
   4. 1.1.1 단계를 반복 t을 추가한천 솔루션 단일 미세한 구를 포함하는 고체 한천 조각 오.
   5. 응고 후, 미세 구가 가까운 팬텀의 표면에 위치하도록 현미경 한천 팬텀를 잘라.
2. Optoacoustic 측정
   1. π-FBG의 양쪽에 단단히 섬유를 보유하는 두 개의 V 홈 섬유 홀더를 사용하여 세 가지 차원 (XYZ)....

결과

도 4a 및도 4b는 각각 π-FBG의 중심으로부터 옵셋 세 섬유가 1 ㎜의 거리에있는 미세한 구형에서 신호 및 해당 스펙트럼을 보여준다. 도 3에 도시 된 바와 같은 오프셋은, Z 방향으로 주어진다. 분명히, 고주파 초음파 (f> 10 MHz 이상)에 대한 광 검출기의 감도는 이방성이고, π-FBG의 중심에 직접 미세 구 이상일 때 가장 높은 . 실리카 섬유와 물 사이의 높은 음향 임피던스 불일치에도 불구하고, 뚜렷한 공명은 이미징 응용 프로그램에 필요한 잘 정의 된 날카로운 optoacoustic 신호로 이어지는, 6 MHz 이상의 주파수에서 발생하지 않습니다. F <6 MHz에서 공진 주파수가 검출을 위해 사용될 수 있지만 일반적으로, 이미징을위한 그들의 사용은 크게 화상 F 복잡해 모델 기반 재구성 모델에서의 혼입을 필요ormation 알고리즘 ^17.

도 5는

토론

결론적으로, 초음파 감지를위한 새로운 광 방법은 π-FBG 펄스 간섭의 조합을 기반으로하는, 도입된다. 이 기술은 특히 거의 임의의 개체 조명 패턴을 가능 센싱 요소의 투명성 때문에 optoacoustic 이미징 애플리케이션에 적합하다. 반면, 표준 압전 기반의 초음파 탐지기는 불투명하기 때문에 부피가 큰 영상 설정에지도 이미지가 개체에 광학 경로의 일부를 차단합니다. 개발 된 광 검출기 따라서 optoacoustic 기술의 소형화 및 임상 번역을 용이하게 할 수있다.

촬상 소자의 물리적 및 기계적 특성은 사용 된 섬유에 달려있다. 상업적으로 이용 가능한 단일 모드 섬유는 상대적으로 튼튼하고 작은 수 있습니다. 예를 들어,이 문서에서 사용되는 한, 250 ㎛ 이하보다 크고 1 ㎝의 파손 굽힘 반경의 직경 실리카 섬유에서 STA 아르ndard. 플라스틱 섬유가 또한 사용될 수 있고,보다 나은 기계적 특성을 가질 수있다; 그러나, 고품질의 광섬유 브래그 격자의 제조는 실리카 섬유.......

재료

이 논문에 사용된 재료 목록

이름	회사	카탈로그 번호	댓글
π-FBG	테락시온 Inc.		맞춤형 장치
현미경 구체	Cospheric LLC	BKPMS 90-106um- 10g	100 µ m 폴리에틸렌 마이크로스피어
심문에 사용되는 펨토초 펄스 레이저	Menlo Systems GmbH	T-Light 펨토초 레이저
광학 필터	Optoplex Corporation	2-Port 광학 조정 가능 필터 (50 GHz)
광학 증폭기	Amonics	AEDFA-PM-PA-35-B-FC	벤치탑 35dB 이득 프리 앰프 편광 유지 EDFA
50/50 커플러	OZ-Optics	FUSED-22-1550-8/125-50/ 50-3S3S3S3S-3-0.5-PM	퓨즈 2 x 2 파이버 스플리터와 0.5미터 길이, 3mm OD PVC 재킷 1,550 nm 8/125μ PM 파이버 피그테일, PM 파이버의 느린 축에서 50/50 분할 비율 및 모든 포트에 슈퍼 FC/PC 커넥터 포함.
섬유 홀더	Thorlabs	T711/M-250	미터법, 포스트 마운트 가능한 섬유 클램프, 250 &마이크로; 엠
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광음향 신호 생성에 사용되는 나노 초 펄스 레이저	Opotek	VIBRANT Arrow 532 type I
흑연 막대	Faber-Castell	120700	Faber-Castell 연필 리드 - 0.7 mm