Wideband मेडिकल इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए अल्ट्रासाउंड की ऑप्टिकल डिटेक्टर

Bioengineering

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Summary

यह अक्सर स्थिर पर्यावरण की स्थिति की आवश्यकता है क्योंकि अल्ट्रासाउंड का पता लगाने में ऑप्टिकल कई इमेजिंग परिदृश्यों में अव्यावहारिक है. हम प्रतिबंधात्मक परिदृश्यों, जैसे intravascular अनुप्रयोगों में optoacoustic इमेजिंग के लिए उपयुक्त miniaturization और संवेदनशीलता के स्तर के साथ अस्थिर वातावरण में अल्ट्रासाउंड संवेदन के लिए एक ऑप्टिकल तकनीक का प्रदर्शन.

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Rosenthal, A., Kellnberger, S., Omar, M., Razansky, D., Ntziachristos, V. Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications. J. Vis. Exp. (87), e50847, doi:10.3791/50847 (2014).

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Abstract

हाल ही में optoacoustic इमेजिंग के क्षेत्र में प्रदर्शन किया गया है के रूप में अल्ट्रासाउंड की ऑप्टिकल सेंसर, piezoelectric तकनीक के लिए एक आशाजनक विकल्प हैं. चिकित्सा अनुप्रयोगों में, ऑप्टिकल संवेदन प्रौद्योगिकी के प्रमुख सीमाओं में से एक का पता लगाने तर सकता है जो पर्यावरण की स्थिति, दबाव और तापमान में जैसे परिवर्तन, के लिए अपनी संवेदनशीलता है. इसके अतिरिक्त, नैदानिक ​​वातावरण अक्सर संवेदक के आकार और मजबूती पर कड़े सीमा लगाता है. इस काम में, नाड़ी इंटरफेरोमेट्री और फाइबर आधारित ऑप्टिकल संवेदन के संयोजन अल्ट्रासाउंड का पता लगाने के लिए प्रदर्शन किया है. सभी फाइबर प्रौद्योगिकी का उपयोग ऐसे intravascular इमेजिंग के रूप में अत्यधिक मांग की चिकित्सा अनुप्रयोगों के साथ संगत यंत्रवत् लचीला संवेदन तत्व की ओर जाता है, जबकि पल्स इंटरफेरोमेट्री, पर्यावरण की स्थिति में तेजी से विविधताओं की उपस्थिति में readout प्रणाली के मजबूत प्रदर्शन सक्षम बनाता है. , एक छोटी सेंसर लंबाई प्राप्त करने के लिए एकगड़बड़ी चरण स्थानांतरित फाइबर Bragg झंझरी 350 माइक्रोन का एक प्रभावी लंबाई पर प्रकाश फँसाने एक गुंजयमान यंत्र के रूप में कार्य करता है, जो प्रयोग किया जाता है. उच्च बैंडविड्थ सक्षम करने के लिए सेंसर ऐसे intravascular इमेजिंग के रूप में परिधीय इमेजिंग geometries में अत्यधिक लाभकारी है जो अल्ट्रासाउंड की sideway का पता लगाने के लिए प्रयोग किया जाता है. एक optoacoustic इमेजिंग सेटअप विभिन्न पदों पर ध्वनिक बिंदु स्रोतों के लिए सेंसर की प्रतिक्रिया का निर्धारण करने के लिए प्रयोग किया जाता है.

Introduction

अल्ट्रासाउंड डिटेक्टरों कई इमेजिंग अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं. पारंपरिक, अल्ट्रासाउंड वोल्टेज संकेतों 1 में दबाव तरंगों को बदलने जो piezoelectric transducers, ने पता लगाया है. Optoacoustic इमेजिंग में अल्ट्रासाउंड उच्च शक्ति संग्राहक प्रकाश 2-6 से वस्तु को प्रकाशित करके थर्मल विस्तार की प्रक्रिया के माध्यम से उत्पन्न होता है. Piezoelectric transducers optoacoustic अनुप्रयोगों में पसंद की विधि हालांकि छोटी piezoelectric transducers अक्सर कम संवेदनशीलता की विशेषता है, क्योंकि उनके उपयोग अक्सर मुख्य रूप से miniaturization hinders. Piezoelectric transducers ऑप्टिकली अपारदर्शी हैं के बाद से ही, वे गंभीर रूप से प्रयोग करने योग्य इमेजिंग विन्यास के लिए संभावनाओं को सीमित करने, imaged वस्तु को प्रकाश वितरण के साथ हस्तक्षेप कर सकते हैं. ट्रांसड्यूसर को वस्तु से वापस बिखरे है कि प्रकाश भी अल्ट्रासाउंड की उचित सीमा का पता लगाने और कारण ऑप्टिकली प्रेरित parasit के लिए इमेजिंग प्रणाली के डिजाइन को मुश्किल हो सकती हैआईसी ट्रांसड्यूसर 7 का संकेत है.

अल्ट्रासाउंड की ऑप्टिकल डिटेक्टरों optoacoustic इमेजिंग परिदृश्यों 8-12 में कई लाभ प्रदान करता है कि piezoelectric transducers के लिए एक संभावित विकल्प के रूप में मान्यता दी गई है: वे अक्सर पारदर्शी होते हैं और आमतौर पर संवेदनशीलता की हानि के बिना छोटी की जा सकती है. ऑप्टिकल डिटेक्टरों का काम सिद्धांत की वजह से अल्ट्रासाउंड की उपस्थिति के लिए ऑप्टिकल माध्यम में बनाया मिनट विरूपण की interferometric पता लगाने है. अक्सर, ऑप्टिकल resonators ऑप्टिकल संकेत के चरण पर विरूपण के प्रभाव में वृद्धि इस प्रकार, विस्तारित अवधि के लिए परेशान माध्यम में प्रकाश को फँसाने द्वारा पता लगाने संवेदनशीलता को बढ़ाने के लिए इस्तेमाल कर रहे हैं. उन मामलों में, ऑप्टिकल पहचान योजनाओं सीधे गुंजयमान यंत्र में विकृतियों संरचना से संबंधित जो प्रतिध्वनि तरंगदैर्ध्य में निगरानी विविधताओं पर आधारित हैं. सबसे अधिक, संकीर्ण linewidth निरंतर तरंग (CW) तकनीक एक स.ग. लेजर वें देखते है जो में उपयोग किया जाता हैई गूंज तरंगदैर्ध्य. प्रतिध्वनि में छोटे बदलाव इस प्रकार आसानी से नजर रखी जा सकती है, जो प्रेषित / परिलक्षित लेजर प्रकाश, की तीव्रता में बदलाव के कारण, प्रतिध्वनि भीतर लेजर के तरंगदैर्ध्य के सापेक्ष स्थिति को बदलने के तरंगदैर्ध्य. गूंज पारियों को भी मजबूत कर रहे हैं, तो हालांकि, जैसे गूंज प्रभावी ढंग डिटेक्टर 13 saturating, लेजर के तरंगदैर्ध्य से दूर पूरी तरह से बदलाव हो सकता है, दबाव, तापमान, या कंपन में बड़े बदलाव के कारण.

पल्स इंटरफेरोमेट्री 14 संकेत संतृप्ति की सीमा के लिए एक समाधान प्रदान करता है और अस्थिर पर्यावरणीय परिस्थितियों में अल्ट्रासाउंड का पता लगाने में सक्षम बनाता है. इसके विपरीत स.ग. योजनाओं-linewidth संकीर्ण करने के लिए, नाड़ी इंटरफेरोमेट्री गुंजयमान यंत्र रोशन करने के लिए एक wideband पल्स स्रोत कार्यरत हैं. गूंज बदलाव करते हुए इस मामले में, गुंजयमान यंत्र, इसकी गूंज आवृत्ति के अनुरूप है कि केवल उन तरंग दैर्ध्य संचारण, एक bandpass फिल्टर के रूप में कार्य करता है एकपुन: 14,15 वर्ग निकालना करने के लिए बंद एक मच-Zehnder व्यकिकरणमीटर का उपयोग करके जैसे गुंजयमान यंत्र के उत्पादन, पर ऑप्टिकल संकेत में तरंगदैर्ध्य बदलाव को मापने के द्वारा पता चला. एक स्वत: रीसेट सर्किट तुरंत यह कारण पर्यावरण की स्थिति में चरम बदलाव के लिए खो दिया है मामले में व्यकिकरणमीटर के काम बिंदु बहाल करने के लिए प्रयोग किया जाता है. क्योंकि स्रोत के अपेक्षाकृत व्यापक बैंडविड्थ की, प्रतिध्वनि तरंगदैर्ध्य भी कठोर परिवेश परिस्थितियों में स्थिर डिटेक्टर आपरेशन सक्रिय करने, और भी मजबूत perturbations के तहत प्रबुद्ध बैंड के भीतर रहता है. पूछताछ, यानी ऑप्टिकल दालों, के लिए एक सुसंगत स्रोत का उपयोग कम शोर का पता लगाने की सुविधा है.

हमारे प्रयोगों में इस्तेमाल इसी नब्ज इंटरफेरोमेट्री प्रणाली चित्र 1 में दिखाया गया है. पूछताछ के लिए इस्तेमाल किया लेजर पल्स 100 से अधिक 60 मेगावाट और वर्णक्रमीय चौड़ाई की उत्पादन शक्ति के साथ 100 मेगाहर्ट्ज की पुनरावृत्ति दर पर 90 FSEC दालों का उत्पादनएनएम. ऑप्टिकल फिल्टर लगभग 0.4 एनएम के एक FWHM वर्णक्रमीय चौड़ाई था और प्रतिध्वनि की आवृत्ति से परिचित था. फिल्टर के बाद, एक ऑप्टिकल एम्पलीफायर को छानने में महत्वपूर्ण नुकसान के लिए क्षतिपूर्ति करने के लिए इस्तेमाल किया गया था. अतिरिक्त फ़िल्टरिंग एम्पलीफायर से परिलक्षित सहज उत्सर्जन को कम करने के प्रवर्धन चरण के बाद लागू किया गया था. हमारे प्रयोगों में इस्तेमाल किया गुंजयमान यंत्र विशेष रूप से अल्ट्रासाउंड संवेदन की चिकित्सा आवेदन के लिए Teraxion इंक द्वारा निर्मित एक अनुकरणीय चरण स्थानांतरित फाइबर Bragg झंझरी (π-डीसीएफ) 8, है, π-FBGs, सभी फाइबर घटकों होने का लाभ उठा रहे हैं और इस तरह मजबूत और छोटे. चित्रा 2 इस काम में इस्तेमाल ऑप्टिकल फाइबर के आयाम और एक 15 मेगाहर्ट्ज छोटी intravascular अल्ट्रासाउंड (IVUS) piezoelectric ट्रांसड्यूसर के बीच तुलना से पता चलता है. ऐसे तलीय waveguides में गढ़े सूक्ष्म अंगूठी resonators के रूप में कुछ वैकल्पिक गूंज आधारित पता लगाने दृष्टिकोण, घटक पर युग्मन फाइबर की आवश्यकताइनपुट और आउटपुट, ज्यादा नाजुक उपकरणों के लिए अग्रणी या miniaturization निरोधक या तो. इसके विपरीत, π-FBGs में फाइबर घटक हैं, और अतिरिक्त फाइबर युग्मन की आवश्यकता नहीं है. π-FBGs में गूंज उनके केंद्र में पीआई चरण में बदलाव के द्वारा बनाई गई है; प्रकाश झंझरी खुद की लंबाई की तुलना में काफी कम है, जो फाइबर का भाग अधिक पीआई चरण में बदलाव के आसपास फंस गया है. हमारे प्रयोगों में, π-डीसीएफ 4 मिमी और κ = 2 मिमी के युग्मन गुणांक की लंबाई थी -1 और इसकी संवेदनशीलता संवेदनशीलता तेजी κ की दर से झंझरी के केन्द्र से कम के साथ, इसकी लंबाई के साथ गैर समान रूप से वितरित किया गया . संवेदनशीलता वितरण (एसडी) की पूरी चौड़ाई साढ़े अधिकतम (FWHM) लगभग 350 मीटर था. झंझरी की गूंज चौड़ाई उसकी लम्बाई और निम्न समीकरण के अनुसार इसकी युग्मन गुणांक दोनों द्वारा निर्धारित किया जाता है:

1 समीकरण λ प्रतिध्वनि तरंगदैर्ध्य है और एन जहां EFF फाइबर 8 में निर्देशित मोड के प्रभावी अपवर्तनांक है.

Π-डीसीएफ डिटेक्टर इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त है का आकलन है कि अपने स्थानिक निर्भर प्रतिक्रिया एक व्यापक आवृत्ति बैंड पर मापा जाना चाहिए. हालांकि, इस कार्य को पारंपरिक ध्वनिक तकनीक का इस्तेमाल कर रहे हैं जब बेहद चुनौतीपूर्ण है. इसलिए हम पारदर्शी अगर में एम्बेडेड एक अंधेरे सूक्ष्म क्षेत्र एक optoacoustic बिंदु स्रोत के रूप में कार्य करता है, जिसमें अल्ट्रासाउंड डिटेक्टर लक्षण वर्णन 16 के लिए एक optoacoustic विधि को रोजगार. हमारे प्रयोग में, सूक्ष्म क्षेत्र लगभग 100 मीटर की एक व्यास की है और एक 10 हर्ट्ज की पुनरावृत्ति दर लगभग 8 nsec की नाड़ी की अवधि, और 200 मेगावाट की बिजली की औसत के साथ उच्च शक्ति nanosecond ऑप्टिकल दालों के साथ प्रकाशित किया जाता है. सूक्ष्म SPH में जमा ऑप्टिकल ऊर्जाERES optoacoustic प्रभाव के कारण ब्रॉडबैंड अल्ट्रासाउंड संकेतों उत्पन्न करता है. π-डीसीएफ डिटेक्टर अपने स्थानिक निर्भर ध्वनिक प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए सूक्ष्म क्षेत्र के लिए अपेक्षाकृत अनुवाद किया है. चित्रा 3 optoacoustic प्रयोग का एक उदाहरण से पता चलता है. आम तौर पर, इस तकनीक अल्ट्रासाउंड डिटेक्टरों के विभिन्न प्रकार चिह्नित करने के लिए नियोजित किया जा सकता.

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Protocol

Π-डीसीएफ डिटेक्टर की 1. Optoacoustic विशेषता

  1. अगर में निलंबित एक सूक्ष्म क्षेत्र की तैयारी:
    1. एक गिलास बीकर में आसुत जल के साथ अगर पाउडर (वजन से 1.3%) मिलाएं. उबलते तापमान के करीब समाधान गर्मी और समाधान हवा के बुलबुले के स्पष्ट और मुक्त हो जाता है जब तक अगर पाउडर भंग करने के लिए एक गर्म थाली चुंबकीय दोषी डिवाइस का प्रयोग करें. वैकल्पिक रूप से, अगर समाधान स्वयं एक गिलास दोषी का उपयोग कर प्रदर्शन सरगर्मी के साथ एक पारंपरिक माइक्रोवेव का उपयोग कर गर्म किया जा सकता है. एक प्लास्टिक मोल्ड, इसकी टिप के साथ जैसे सिरिंज में गर्म समाधान डालो काट दिया.
    2. अगर समाधान पर सूक्ष्म क्षेत्रों की एक छोटी राशि छिड़क और समाधान पूरी तरह से solidifies तक प्रतीक्षा करें. सवार को धक्का देकर सांचे को ठोस अगर प्रेत लो.
    3. एक त्रिविम माइक्रोस्कोप के तहत प्रेत देखें एक एकल सूक्ष्म क्षेत्र शामिल हैं जो अगर की एक छोटा सा टुकड़ा काट.
    4. कदम 1.1.1 दोहराएँ और टी जोड़अगर समाधान एकल सूक्ष्म क्षेत्र युक्त ठोस अगर टुकड़ा ओ.
    5. Solidification के बाद, सूक्ष्म क्षेत्र के करीब प्रेत की सतह पर स्थित है कि इस तरह की खुर्दबीन के नीचे अगर प्रेत काटा.
  2. Optoacoustic माप
    1. Π-डीसीएफ के दोनों किनारों पर कसकर फाइबर पकड़ के लिए दो वि नाली फाइबर धारकों का प्रयोग करें, और एक तीन आयामी (XYZ) अनुवाद कंप्यूटर संचालित चरण के लिए धारक जुड़ा. फाइबर अल्ट्रासाउंड के प्रसार को सक्षम करने के जलमग्न है कि सुनिश्चित करें.
    2. उच्च शक्ति nanosecond नाड़ी लेजर बीम के साथ फाइबर के विभिन्न भागों को प्रकाशित करके संवेदन π-डीसीएफ तत्व के अनुमानित स्थान का पता लगाएं. रोशनी π-FBG पर किया जाता है लेकिन जब कमजोर कोटिंग की ऑप्टिकल अवशोषण, एक संकेत पैदा करेगा.
    3. सीधे π-डीसीएफ नीचे अग्रवाल एम्बेडेड सूक्ष्म क्षेत्र रखें. सूक्ष्म क्षेत्र नग्न आंखों को दिखाई जानी चाहिए.
    4. अनुवाद मंच का उपयोग, सूक्ष्म क्षेत्र से संकेत मजबूत है और अपनी इसी समय देरी कम से कम है जहां स्थान खोजने के लिए जमीन के लिए विमान समानांतर में π-डीसीएफ का एक 2 डी स्कैन करते हैं.
    5. सूक्ष्म क्षेत्र के लिए अधिक से अधिक बिजली देने के लिए रोशनी को अंतिम समायोजन प्रदर्शन करना.
    6. अनुवाद मंच का उपयोग π-डीसीएफ का एक 3 डी स्कैन करने और प्रत्येक स्थिति के लिए संकेत रिकॉर्ड.
    7. अल्ट्रासाउंड डिटेक्टर के स्थानिक निर्भर आवृत्ति प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए, फूरियर दर्ज की गई समय डोमेन अल्ट्रासाउंड संकेत पर परिणत प्रदर्शन करते हैं.

मजबूती और π-डीसीएफ डिटेक्टर प्रदर्शन की संवेदनशीलता के 2. आकलन

  1. Π-डीसीएफ के दोनों किनारों पर कसकर फाइबर पकड़ और π-डीसीएफ डूब दो वि नाली फाइबर धारकों का प्रयोग करें.
  2. Π-डीसीएफ का सामना करने के लिए मजबूती से एक काले थाली या एक ग्रेफाइट छड़ प्लेस और यह बुद्धि रोशनएक मजबूत ध्वनिक क्षेत्र बनाने के लिए घंटे उच्च शक्ति nanosecond नाड़ी लेजर बीम.
  3. पानी की टंकी के अंदर पानी का पंप प्लेस और पर्यावरण की स्थिति में तेजी से बदलाव बनाने के क्रम में यह मोड़ पर.
  4. सिस्टम की मजबूती का अनुमान है, लॉकिंग सर्किट के साथ उत्पादन को मापने दोनों पर और बंद कर दिया. कोई लॉक किया जाता है, यह सही अल्ट्रासाउंड संकेत का पता लगाने के लिए संभव नहीं है.
  5. पानी पंप बंद करें.
  6. कारण स्रोत के उच्च जुटना करने के लिए संवेदनशीलता में लाभ का अनुमान है, एक कम जुटना स्रोत के साथ wideband नाड़ी लेजर की जगह और ध्वनिक माप दोहराएँ. कम जुटना स्रोत इस्तेमाल किया जाता है जब संवेदनशीलता में परिमाण के एक आदेश से अधिक की कमी होने की उम्मीद है.

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Representative Results

आंकड़े -4 ए और 4 बी क्रमशः π-डीसीएफ के केंद्र से तीन ऑफसेट के लिए फाइबर से 1 मिमी की दूरी पर सूक्ष्म क्षेत्र से संकेतों और उनके इसी स्पेक्ट्रा दिखाते हैं. चित्रा 3 में दर्शाया के रूप में ऑफसेट, Z दिशा में दिए गए हैं. जाहिर है, उच्च आवृत्ति अल्ट्रासाउंड (च> 6 मेगाहर्ट्ज) तक ऑप्टिकल डिटेक्टर की संवेदनशीलता anisotropic है और π-डीसीएफ के केंद्र सीधे सूक्ष्म क्षेत्र से ऊपर है जब सबसे ज्यादा है . सिलिका फाइबर और पानी के बीच उच्च ध्वनिक प्रतिबाधा बेमेल बावजूद कोई अलग अनुनादों इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए आवश्यक एक अच्छी तरह से परिभाषित तेज optoacoustic संकेत, के लिए अग्रणी, 6 मेगाहर्ट्ज से ऊपर आवृत्तियों पर मनाया जाता है. च <6 मेगाहर्ट्ज पर गूंज आवृत्तियों संवेदन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है, हालांकि आम तौर पर,, इमेजिंग के लिए उनके उपयोग काफी छवि च उलझी, एक मॉडल के आधार पर पुनर्निर्माण मॉडल में उनके समावेश की आवश्यकता होगीormation एल्गोरिथ्म 17.

चित्रा 5 एक नाड़ी स्रोत और एक कम जुटना स्रोत का उपयोग करके मापा अल्ट्रासाउंड संकेतों के बीच तुलना से पता चलता है. क्योंकि कम जुटना स्रोत से प्राप्त की कम संवेदनशीलता का एक उच्च परिमाण के साथ एक optoacoustic स्रोत आंकड़े 3-4 से प्रयोग में इस्तेमाल एक की तुलना में इस्तेमाल किया गया था. अर्थात्, optoacoustic स्रोत फाइबर से 1.5 मिमी की एक अनुमानित दूरी पर तैनात है और आंकड़े 3-4 से प्रयोग में इस्तेमाल एक ही लेजर के साथ प्रबुद्ध 0.7 मिमी की एक व्यास के साथ एक ग्रेफाइट छड़, था. 18 का एक पहलू की संवेदनशीलता में एक महत्वपूर्ण कमी कम जुटना स्रोत के साथ पकड़ा संकेतों के लिए मनाया जाता है. स्रोत के wideband स्पेक्ट्रम एक यादृच्छिक प्रक्रिया द्वारा उत्पन्न होता है के रूप में बेतुका wideband स्रोत के मामले में प्राप्त की है कि कम संवेदनशीलता निहित है. इसके विपरीत, सुसंगत पल्स स्रोत में, wideband response एक नियतात्मक प्रक्रिया का परिणाम है.

चित्रा 1
चित्रा 1. अल्ट्रासाउंड का पता लगाने के लिए इस्तेमाल किया ऑप्टिकल सेटअप. संवेदन तत्व Bragg झंझरी एक अनुकरणीय चरण स्थानांतरित फाइबर है, और पढ़ने के लिए बाहर प्रणाली पल्स इंटरफेरोमेट्री पर आधारित है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 2
चित्रा 2. 15 मेगाहर्ट्ज और optica के एक केंद्रीय आवृत्ति के साथ एक वाणिज्यिक intravascular अल्ट्रासाउंड जांच के बीच एक आकार तुलनाइस काम में इस्तेमाल एल फाइबर आधारित संवेदन तत्व. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 3
चित्रा 3. ऑप्टिकल डिटेक्टर का ध्वनिक प्रतिक्रिया को मापने के लिए इस्तेमाल किया optoacoustic सेटअप का एक उदाहरण. उच्च शक्ति nanosecond दालों के साथ प्रकाशित एक अंधेरे सूक्ष्म क्षेत्र एक spatially निर्भर ध्वनिक प्रतिक्रिया प्राप्त करने के लिए तीन आयामों में अनुवाद किया है जो एक ध्वनिक बिंदु स्रोत, का गठन किया डिटेक्टर की. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 4 चित्रा 4. संकेतों (एक) और उनके इसी स्पेक्ट्रा (ख) π-डीसीएफ के केंद्र से तीन ऑफसेट के लिए फाइबर से 1 मिमी की दूरी पर सूक्ष्म क्षेत्र (चित्रा 3 में दर्शाया के रूप में) से पता चला. स्पेक्ट्रा 100 माइक्रोन की एक व्यास के साथ एक आदर्श गोलाकार स्रोत के स्पेक्ट्रम की तुलना में कर रहे हैं. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

चित्रा 5
चित्रा 5. एक नाड़ी स्रोत और अल का उपयोग कर प्राप्त अल्ट्रासाउंड संकेतों के बीच एक तुलनाओउ जुटना स्रोत. संवेदनशीलता में एक महत्वपूर्ण कमी कम जुटना स्रोत के साथ पकड़ा संकेतों के लिए मनाया जाता है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें .

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Discussion

अंत में, अल्ट्रासाउंड का पता लगाने के लिए एक नई ऑप्टिकल विधि एक π-डीसीएफ और नाड़ी इंटरफेरोमेट्री के संयोजन पर आधारित है, जो शुरू की है. तकनीक विशेष रूप से लगभग मनमाना वस्तु रोशनी पैटर्न में सक्षम बनाता है जो संवेदन तत्व, की पारदर्शिता के कारण optoacoustic इमेजिंग अनुप्रयोगों के लिए अनुकूल है. इसके विपरीत, मानक piezoelectric आधारित अल्ट्रासाउंड डिटेक्टरों अपारदर्शी हैं और इस प्रकार भारी इमेजिंग setups के लिए अग्रणी, imaged वस्तु के लिए ऑप्टिकल पथ के कुछ ब्लॉक. विकसित ऑप्टिकल डिटेक्टर इस प्रकार optoacoustic प्रौद्योगिकी के miniaturization और इसके नैदानिक ​​अनुवाद की सुविधा कर सकते हैं.

संवेदन तत्व की शारीरिक और यांत्रिक गुणों का इस्तेमाल किया फाइबर पर निर्भर करते हैं. व्यावसायिक रूप से उपलब्ध एकल मोड फाइबर अपेक्षाकृत टिकाऊ और छोटे हैं. उदाहरण के लिए, इस तरह के पत्र में यह प्रयोग किया जाता है, 250 माइक्रोन या छोटे और कम से कम 1 सेमी का टूटना मोड़ त्रिज्या के व्यास के रूप में सिलिका फाइबर में एसटीए हैंndard. प्लास्टिक फाइबर भी इस्तेमाल किया जा सकता है और बेहतर यांत्रिक गुणों हो सकता है; हालांकि, उच्च गुणवत्ता FBGs का निर्माण केवल सिलिका फाइबर में वर्तमान में व्यावसायिक रूप से उपलब्ध है.

गड़बड़ी चरण स्थानांतरित डीसीएफ के डिजाइन ऑप्टिकल डिटेक्टर की संवेदनशीलता और स्थानिक निर्भर ध्वनिक प्रतिक्रिया निर्धारित करता है. आम तौर पर, यह गूंज अधिकतम संवेदनशीलता को प्राप्त करने के लिए जितना संभव हो संकीर्ण हो कि वांछित है. हालांकि, हर्ट्ज में मापा गूंज की चौड़ाई, इसकी समुचित संचालन की अनुमति देने के लिए डिटेक्टर के लिए वांछित ध्वनिक बैंडविड्थ से अधिक होना चाहिए. साथ ही, एक उच्च गुणवत्ता π-डीसीएफ वर्तमान जिसका निर्माण केवल कुछ कंपनियों द्वारा की पेशकश की उच्च परिशुद्धता विनिर्माण क्षमताओं की आवश्यकता है एक कस्टम निर्मित उत्पाद है.

पल्स इंटरफेरोमेट्री ऑप्टिकल संवेदन तत्व से संकेत पढ़ने और अस्थिर पर्यावरणीय परिस्थितियों में मजबूत प्रदर्शन के लिए सक्षम बनाता के लिए प्रयोग किया जाता है. स्रोत के बैंडविड्थ का निर्धारणमजबूती और प्रदर्शन के बीच tradeoff है: बैंडविड्थ बहुत छोटा होने के लिए चुना जाता है, तो यह केवल कमजोर perturbations के लिए प्रतिध्वनि को कवर किया जाएगा. बैंडविड्थ बहुत बड़ी है, डीसीएफ के इनपुट पर ऊर्जा का एक अंश ही प्रसारित किया जाएगा. बैंडविड्थ की वजह से भी परिलक्षित सहज उत्सर्जन के लिए प्रणाली में शोर को कम करने का एक अतिरिक्त लाभ प्रदान जो ऑप्टिकल bandpass फिल्टर, द्वारा नियंत्रित किया जाता है.

अल्ट्रासाउंड डिटेक्टर की संवेदनशीलता क्षेत्र optoacoustic इमेजिंग अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है. इसलिए यह डिटेक्टर की प्रतिक्रिया एक optoacoustic सेटअप में इसके शामिल होने से पहले लक्षण वर्णन किया जा सिफारिश की है. हमारे प्रयोगों में, π-डीसीएफ बिंदु स्रोत (चित्रा 4) झंझरी के केंद्र के पास तैनात है केवल जब (च> 6 मेगाहर्ट्ज) उच्च आवृत्तियों पर अच्छी संवेदनशीलता प्रदान करता है. यह डिटेक्टर एक अपेक्षाकृत गैर अपसारी संवेदनशीलता क्षेत्र है कि पता चलता है. इसलिए, when optoacoustic इमेजिंग प्रयोगों में इस्तेमाल किया, यह उच्च अल्ट्रासाउंड का पता लगाने संवेदनशीलता प्राप्त की है जिसमें क्षेत्रों के लिए वितरित किया जाना है रोशनी के लिए बेहद फायदेमंद है.

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Disclosures

लेखकों वे कोई प्रतिस्पर्धा वित्तीय हितों की है कि घोषित.

Acknowledgements

डॉ जर्मन रिसर्च फाउंडेशन (DFG) अनुसंधान अनुदान (आर ए 1848/1) और यूरोपीय अनुसंधान परिषद अनुदान शुरू से समर्थन मानता है. वी.एन. यूरोपीय अनुसंधान परिषद उन्नत अन्वेषक पुरस्कार से वित्तीय समर्थन मानता है, और चिकित्सा अवार्ड में BMBF अभिनव.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
π-FBG Teraxion Inc. Custom made device
Microscopic spheres Cospheric LLC BKPMS 90-106um- 10g 100 µm polyethylene microspheres
Femto-second pulse laser used for interrogation  Menlo Systems GmbH T-Light Femtosecond Laser
Optical filter Optoplex Corporation 2-Port Optical Tunable Filter (50 GHz)
Optical amplifier Amonics AEDFA-PM-PA-35-B-FC Benchtop 35dB Gain Pre Amp Polarization Maintaining EDFA 
50/50 coupler OZ-Optics FUSED-22-1550-8/125-50/
50-3S3S3S3S-3-0.5-PM
Fused 2 x 2 fiber splitter with 0.5 meter long, 3 mm OD PVC jacketed 1,550 nm 8/125μ PM fiber
pigtails, 50/50 split ratio in the slow axes of PM fibers and with super FC/PC connectors on all
ports.
Fiber holder Thorlabs T711/M-250 Metric, Post-Mountable Fiber Clamp, 250 µm 
Agar for microbiology Sigma Aldrich 05039-500G
Nano-second pulse laser used for generating the optoacoustic signals Opotek VIBRANT Arrow 532 type I
Graphite rod Faber-Castell 120700 Faber-Castell Pencil Leads - 0.7 mm

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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