环段聚合物传感器优化为圆柱形波探测,用于光学分辨率光声血管学,扩展成像深度
Alexey Kurnikov1, Maxim Prudnikov1, Daria Voitovich1
1Laboratory of Ultrasound and Optoacoustic Diagnostics, Division of Radiophysics Methods in Medicine, Institute of Applied Physics, Russian Academy of Sciences, Nizhny Novgorod 603005, Russia.
Biomedical optics express
|October 20, 2025
概括
一个新的声学探测器增强了光学分辨率光声学显微镜 (OR-OAM) 以更深入,更清晰地对血管进行成像. 这一突破提高了对比度和分辨率,而不会影响安全,为先进的生物医学应用铺平了道路.
科学领域:
- 生物医学光学 生物医学光学
- 声学传感 声学传感 声学传感
- 医疗成像医学成像
背景情况:
- 光学分辨率光声学显微镜 (OR-OAM) 提供了表面富含血红蛋白结构的非侵入性可视化.
- 临床翻译在安全的激光水平上面临着分辨率/对比度和景深之间的权衡.
- 梯度折射率 (GRIN) 镜头提供了扩展的光学焦点,但敏感的,对齐的声学探测器具有挑战性.
研究的目的:
- 为OR-OAM开发一种具有扩展场深和高灵敏度的新型声学探测器.
- 在临床转化中克服当前OR-OAM系统的局限性.
- 为了实现更深层血管的非侵入性成像,提高分辨率和对比度.
主要方法:
- 推出了一种具有球形聚焦细环几何 (100微米),4.6毫米光圈和1.5毫米工作距离 (NA=0.84) 的压聚合物PVDF-TrFE探测器.
- 采用数值建模来预测探测器性能,包括场深度和灵敏度.
- 在人体血液中进行了体外实验,并对小鼠脑血管和人体皮质进行了体内成像.
主要成果:
- 与传统探测器相比,数值建模表明了扩展的视野深度和提高的灵敏度.
- 在体外试验中,在安全激光照射量为20mJ/cm2的情况下,实现了14dB的信号噪声比.
- 在体内成像显示,新生小鼠脑血管和人体皮质的景深超过1毫米.
结论:
- 开发的PVDF-TrFE声学探测器显著提高了OR-OAM的深度和灵敏度.
- 这项技术克服了临床翻译的关键局限性,使得更深入,更清晰的成像.
- 该探测器显示了各种生物医学应用的广泛潜力,需要高分辨率,非侵入性成像.
