Al crear un nuevo giro en los sensores de fibra óptica, investigadores de China han desarrollado un sistema técnica de imagen fotoacústica flexible que puede tener aplicaciones potenciales en dispositivos portátiles, instrumentación y diagnóstico médico.

El investigador principal Long Jin del Instituto de Tecnología Fotónica de la Universidad de Jinan en Guangzhou presentará el nuevo sensor de ultrasonido basado en láser de fibra en la conferencia OSA Frontiers in Optics + Laser Science APS / DLS. que se celebrará del 16 al 20 de septiembre, 2018 en Washington, D.C. Jin también presentará los resultados de un estudio utilizando un microscopio fotoacústico in vivo.

La presentación forma parte de la sesión "Microscopía avanzada" del lunes, 17 de septiembre.

Su nueva técnica se basa en la tecnología de fibra óptica para proporcionar nuevos sensores para imágenes fotoacústicas. Utiliza detección de ultrasonido de fibra óptica, explotar los efectos acústicos en los pulsos de láser a través del efecto termoelástico:cambios de temperatura que se producen como resultado de la deformación elástica.

"Los sensores de fibra óptica convencionales detectan señales extremadamente débiles aprovechando su alta sensibilidad a través de la medición de fase, ", dijo Jin. Estos mismos tipos de sensores se utilizan en aplicaciones militares para detectar ondas acústicas de baja frecuencia (kilohercios). Pero resulta que no funcionan tan bien para las ondas de ultrasonido en las frecuencias de megahercios utilizadas con fines médicos porque el ultrasonido Las ondas típicamente se propagan como ondas esféricas y tienen una longitud de interacción muy limitada con las fibras ópticas. Los nuevos sensores se desarrollaron específicamente para imágenes médicas, Jin dijo:y puede proporcionar una mejor sensibilidad que los transductores piezoeléctricos que se utilizan en la actualidad.

El grupo diseñó un sensor de ultrasonido especial que es esencialmente un láser compacto construido dentro del núcleo de 8 micrones de diámetro de una fibra óptica monomodo. "Tiene una longitud típica de solo 8 milímetros, "Dijo Jin." Para construir el láser, dos espejos de rejilla altamente reflectantes están escritos con UV en el núcleo de la fibra para proporcionar retroalimentación óptica ".

Esta fibra luego se dopa con iterbio y erbio para proporcionar suficiente ganancia óptica en 1, 530 nanómetros. Usan un láser semiconductor de 980 nanómetros como láser de bombeo.

"Estos láseres de fibra con un ancho de línea de orden de kilohercios (el ancho del espectro óptico) se pueden explotar como sensores porque ofrecen una alta relación señal / ruido, "dijo el miembro del equipo de investigación Yizhi Liang, profesor asistente en el Instituto de Tecnología Fotónica.

La detección de ultrasonido se beneficia de la técnica combinada porque las ondas de ultrasonido de incidencia lateral deforman la fibra, modulando la frecuencia láser.

"Al detectar el cambio de frecuencia, podemos reconstruir la forma de onda acústica, "Dijo Liang.

El equipo no demodula la señal de ultrasonido, extraer la información original, utilizando métodos convencionales basados ​​en interferometría o cualquier bloqueo de frecuencia aditivo. Bastante, usan otro método, llamado "autoheterodinante, "donde se detecta el resultado de mezclar dos frecuencias. Aquí, miden la nota de latido del dominio de radiofrecuencia dada por dos modos de polarización ortogonal de la cavidad de la fibra. Esta demodulación también garantiza intrínsecamente una salida de señal estable.

Los sensores de ultrasonido basados ​​en láser de fibra ofrecen oportunidades para su uso en microscopía fotoacústica. Los investigadores utilizaron un láser de pulso de nanosegundos de 532 nanómetros enfocado para iluminar una muestra y excitar señales de ultrasonido. Colocan un sensor en una posición estacionaria cerca de la muestra biológica para detectar ondas de ultrasonido inducidas ópticamente.

"Al escanear el raster del punto láser, podemos obtener una imagen fotoacústica de los vasos y capilares de la oreja de un ratón, ", Dijo Jin." Este método también se puede utilizar para obtener imágenes estructurales de otros tejidos y de forma funcional la distribución de oxígeno mediante el uso de otras longitudes de onda de excitación, lo que aprovecha los espectros de absorción característicos de diferentes tejidos diana ".

Las fibras ópticas son útiles porque son pequeñas, ligero, e intrínsecamente flexible, Jin agregó.

"El desarrollo de nuestro sensor láser es muy alentador debido a su potencial para endoscopios y aplicaciones portátiles, ", Dijo Jin." Pero los productos endoscópicos comerciales actuales suelen tener una dimensión de milímetros, que puede causar dolor, y no funcionan bien en órganos huecos con espacio limitado ".