Ao criar uma nova versão dos sensores de fibra óptica, pesquisadores na China desenvolveram um sistema inteligente, técnica de imagem fotoacústica flexível que pode ter aplicações potenciais em dispositivos vestíveis, instrumentação e diagnóstico médico.

O pesquisador principal, Long Jin, do Instituto de Tecnologia de Fotônica da Universidade Jinan em Guangzhou, apresentará o novo sensor de ultrassom baseado em laser de fibra na conferência OSA Frontiers in Optics + Laser Science APS / DLS, sendo realizada de 16 a 20 de setembro, 2018 em Washington, D.C. Jin também apresentará os resultados de um estudo usando um microscópio fotoacústico in vivo.

A apresentação faz parte da sessão "Microscopia Avançada" na segunda-feira, 17 de setembro.

Sua nova técnica depende da tecnologia de fibra óptica para fornecer novos sensores para imagens fotoacústicas. Ele usa detecção de ultrassom de fibra óptica, explorar os efeitos acústicos em pulsos de laser por meio do efeito termoelástico - mudanças de temperatura que ocorrem como resultado da deformação elástica.

"Os sensores convencionais de fibra óptica detectam sinais extremamente fracos, aproveitando sua alta sensibilidade por meio de medição de fase, "disse Jin. Esses mesmos tipos de sensores são usados ​​em aplicações militares para detectar ondas acústicas de baixa frequência (quilohertz). Mas acontece que eles não funcionam tão bem para ondas de ultrassom nas frequências megahertz usadas para fins médicos porque o ultrassom as ondas normalmente se propagam como ondas esféricas e têm um comprimento de interação muito limitado com as fibras ópticas. Os novos sensores foram desenvolvidos especificamente para imagens médicas, Jin disse, e pode fornecer melhor sensibilidade do que os transdutores piezoelétricos em uso hoje.

O grupo projetou um sensor de ultrassom especial que é essencialmente um laser compacto construído dentro do núcleo de 8 mícrons de diâmetro de uma fibra óptica monomodo. “Tem um comprimento típico de apenas 8 milímetros, "Jin disse." Para construir o laser, dois espelhos de grade altamente refletivos são gravados em UV no núcleo da fibra para fornecer feedback óptico. "

Esta fibra, então, é dopada com itérbio e érbio para fornecer ganho óptico suficiente em 1, 530 nanômetros. Eles usam um laser semicondutor de 980 nanômetros como a bomba de laser.

"Esses lasers de fibra com largura de linha de ordem kilohertz - a largura do espectro óptico - podem ser explorados como sensores porque oferecem uma alta relação sinal-ruído, "disse o membro da equipe de pesquisa Yizhi Liang, professor assistente do Institute of Photonics Technology.

A detecção de ultrassom se beneficia da técnica combinada porque as ondas de ultrassom de incidência lateral deformam a fibra, modulando a frequência de laser.

"Ao detectar a mudança de frequência, podemos reconstruir a forma de onda acústica, "Liang disse.

A equipe não demodula o sinal de ultrassom, extraindo as informações originais, usando métodos convencionais baseados em interferometria ou qualquer bloqueio de frequência aditivo. Em vez, eles usam outro método, chamado de "auto-heterodinâmica, "onde o resultado da mistura de duas frequências é detectado. Aqui, eles medem a nota de batida do domínio da radiofrequência dada por dois modos de polarização ortogonal da cavidade da fibra. Esta demodulação também garante intrinsecamente uma saída de sinal estável.

Os sensores de ultrassom baseados em laser de fibra oferecem oportunidades para uso em microscopia fotoacústica. Os pesquisadores usaram um laser de pulso de nanossegundos de 532 nanômetros para iluminar uma amostra e excitar os sinais de ultrassom. Eles colocam um sensor em uma posição estacionária perto da amostra biológica para detectar ondas de ultrassom induzidas opticamente.

"Por varredura raster do ponto de laser, podemos obter uma imagem fotoacústica dos vasos e capilares da orelha de um rato, "Jin disse." Este método também pode ser usado para criar imagens estruturais de outros tecidos e distribuir imagem funcionalmente de oxigênio usando outros comprimentos de onda de excitação - o que tira vantagem dos espectros de absorção característicos de diferentes tecidos-alvo.

As fibras ópticas são úteis porque são minúsculas, leve, e intrinsecamente flexível, Jin adicionou.

"O desenvolvimento do nosso sensor a laser é muito encorajador devido ao seu potencial para endoscópios e aplicações vestíveis, "Jin disse." Mas os produtos endoscópicos comerciais atuais são tipicamente milímetros de dimensão, que pode causar dor, e eles não funcionam bem em órgãos ocos com espaço limitado. "