Fotoakoestische beeldvorming genereert ultrasone golven door biologische weefsels te bestralen met pulsen of gemoduleerde continue lasers. Ultrasone sensoren worden gebruikt om ultrasone signalen gedistribueerd op te vangen. Vervolgens kan de lichtabsorptieverdeling van biologische weefsels worden gereconstrueerd met behulp van beeldreconstructiealgoritmen. In vergelijking met optische beeldvorming biedt fotoakoestische beeldvorming een hogere ruimtelijke resolutie, grotere penetratiediepte en selectief optisch absorptiecontrast, waardoor een gedetailleerde visualisatie van de verdeling van hemoglobine, lipiden, melanine en andere chromoforen in biologische weefsels mogelijk wordt.

Als het belangrijkste element van het fotoakoestische beeldvormingssysteem bepalen ultrasone sensoren rechtstreeks de beeldprestaties. De mainstream ultrasone sensoren zijn gebaseerd op het piëzo-elektrische effect, dat mechanische golven omzet in elektrische ladingen. De gevoeligheid van dergelijke sensoren is gerelateerd aan de grootte van piëzo-elektrische elementen. Om voldoende gevoeligheid te bereiken, zijn piëzo-elektrische elementen op millimeterschaal vereist, wat de miniaturisatie van het apparaat beperkt. Als een speciale optische vezel met een grootte van enkele microns of honderden nanometers, heeft microvezel de kenmerken van een klein formaat, een groot verdwijnend veld en een hoge gevoeligheid voor de omgeving. Dus, kan het worden toegepast op ultrasone waarnemingen met een hoge gevoeligheid?

In een studie gepubliceerd in Opto-Electronic Advances , stelde de onderzoeksgroep van Prof. Qizhen Sun van de Huazhong University of Science and Technology een geminiaturiseerde microvezel-echografiesensor voor. Zeer gevoelige ultrasone detectie werd aangetoond met behulp van microvezel met een groot verdwijnend veld en omgevingsgevoeligheid. Verder werd het fotoakoestische beeldvormingssysteem op basis van de microvezelsensor voor het eerst gerealiseerd, voor zover wij weten.

Onderzoekers optimaliseerden de dimeter van microvezel tot 7 m met het oog op het grotere verdwijnende veld. Zoals getoond in Fig.1b, wordt de gevoeligheid van de sensor verder verbeterd door gebruik te maken van het polydimethylsiloxaan (PDMS) materiaal met een hoge elastisch-optische coëfficiënt om de microvezel in te kapselen. Wanneer de ultrasone golf op de sensor wordt toegepast, zal de brekingsindex van PDMS dienovereenkomstig veranderen vanwege het elastisch-optische effect, wat resulteert in de modulatie van de effectieve brekingsindex van de microvezel. Een Mach-Zehnder-interferometer is geconstrueerd om de faseveranderingen van de ondervragingslaser, veroorzaakt door de invallende ultrasone golven, te demoduleren. Een feedbackstabilisator op basis van de Proportion Integration Differentiation (PID)-methode wordt gebruikt om de lage frequentiefluctuaties veroorzaakt door ruis te compenseren. De experimentele resultaten laten zien dat de gevoeligheid van de lineaire microvezel ultrasone sensor met één orde van grootte is verbeterd in vergelijking met de standaard single-mode vezelsensor. De sensor heeft een geluidsequivalente druk van 153 Pa en een brede responsbandbreedte tot 14 MHz (-10dB). Daarnaast kan de sensor worden gebruikt voor de detectie van zwakkere signalen, door de microvezel en het detectiesysteem te optimaliseren om de gevoeligheid en bandbreedte van de sensor te verbeteren.

De onderzoeksgroep demonstreerde ook een fotoakoestisch beeldvormingssysteem op basis van de microvezelsensor. De prestaties van het beeldvormingssysteem worden geëvalueerd door drie menselijke haren in beeld te brengen. De signaal-ruisverhouding (SNR) van het systeem kan zelfs op een diepte van 12 mm 31 dB bereiken. De axiale en laterale resoluties zijn respectievelijk 65 m en 250 m op een diepte van 5 mm. Deze technologie wordt verwacht voor hoge resolutie, grote beelddiepte en foto-akoestische/echografie aan de zijkant, wat een belangrijke betekenis en toepassingswaarde heeft bij onderzoek naar de menselijke gezondheid en biologisch-wetenschappelijk onderzoek. + Verder verkennen

Water en licht 'flow' inspireren ultragevoelige optische microfiber coupler sensor