RU222926U1 - Оптоакустический зонд на основе линзы аксикона для оптоакустической микроскопии оптического разрешения - Google Patents
Оптоакустический зонд на основе линзы аксикона для оптоакустической микроскопии оптического разрешения Download PDFInfo
- Publication number
- RU222926U1 RU222926U1 RU2023130394U RU2023130394U RU222926U1 RU 222926 U1 RU222926 U1 RU 222926U1 RU 2023130394 U RU2023130394 U RU 2023130394U RU 2023130394 U RU2023130394 U RU 2023130394U RU 222926 U1 RU222926 U1 RU 222926U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optoacoustic
- optical
- axicon
- microscopy
- axicon lens
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 26
- 239000000523 sample Substances 0.000 title claims abstract description 26
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 230000005855 radiation Effects 0.000 abstract description 20
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 1
- 238000012800 visualization Methods 0.000 description 1
Abstract
Полезная модель относится к области оптоакустической микроскопии оптического разрешения. Разработанное устройство представляет собой зонд, состоящий из конической линзы аксикона для фокусировки лазерного излучения на образец и пьезоэлектрического детектора для регистрации ультразвукового отклика. Использование линзы аксикона позволяет добиться удлинения области фокуса лазерного излучения. Технологический результат предлагаемой полезной модели заключается в объединении системы фокусировки оптического излучения и ультразвукового датчика в единый элемент. Данная конфигурация позволяет избежать проблемы юстировки взаимного расположения аксикона и детектора для совмещения оптического и акустического фокусов при сканировании объекта. 4 ил.
Description
Полезная модель относится к области оптоакустической микроскопии (ОАМ) - способа неинвазивной визуализации биологической ткани. Полезная модель представляет собой оптоакустический (OA) зонд ключевую часть оптоакустического микроскопа оптического разрешения (OP). ОАМ-ОР позволяет получать изображения мельчайших структур тканей с высоким контрастом. Пространственное разрешение в ОАМ-ОР системах определяется длиной волны лазерного излучения и может достигать величины менее 1 мкм при глубине визуализации порядка 1 мм. Принцип ОАМ заключается в генерации ультразвуковых волн при поглощении средой зондирующего лазерного излучения. ОАМ-ОР подразумевает использование сфокусированного оптического излучения. Трехмерное изображение ткани в ОАМ-ОР возникает при пространственном сканировании образца OA зондом.
В наиболее простой модели ОАМ-ОР микроскопа для фокусировки оптического излучения с гауссовым профилем используется фокусирующая линза или объектив. В данной конфигурации ОАМ-ОР микроскопа существует проблема малой глубины резкости изображения вследствие короткого фокуса по глубине (десятки микрометров). Размытие фокуса ограничивает качество получаемого трехмерного изображения и делает невозможным визуализацию толстой ткани. Одним из вариантов увеличения глубины фокуса является использование бесселевых пучков вместо гауссовых.
В патенте CN 101918811 «Confocal photoacoustic microscopy with optical lateral resolution)) (МПК A61B 5/1455, A61B 8/00, G01N 21/00, G01N 29/00, G02B 27/30, публ. 31.07.2013 г.) описана система конфокальной оптоакустической микроскопии оптического разрешения. Оптическое излучение фокусируется на образец с помощью линзы при разведении оптического и акустического путей с помощью системы акустических призм. Недостатками в данном случае являются малая величина глубины фокуса (DOF depth of field) и сложность взаимной юстировки положения оптических и акустических элементов.
В патенте ПМ RU 215019 «Оптически прозрачный датчик для оптоакустической микроскопии оптического разрешения» (МПК G01H 9/00, G01N 29/06, публ. 24.11.2022 г.) описан оптически прозрачный ультразвуковой датчик для оптоакустической микроскопии оптического разрешения. Для фокусировки лазерного излучения используется объектив. Недостатком в случае использования объектива является малая величина DOF.
В приведенных выше системах для зондирования образца используется лазерное излучение с гауссовым профилем пучка. В заявке CN 114324183 «Large-focal-depth ultraviolet acoustic microscopic imaging system and imaging method» (МПК G01N 21/01, G01N 21/17, публ. 14.02.2022 г.) представлена система ультрафиолетовой оптоакустической микроскопии с удлиненным фокусом по глубине (DOF) за счет преобразования гауссова пучка в бесселевоподобный пучок. Недостатком в данной конфигурации является подведение зондирующего оптического излучения и детектирование оптоакустических сигналов с противоположных сторон образца, что накладывает ограничения на образец. Кроме того, многоэлементность оптической системы усложняет ее настройку и юстировку.
Ближайший аналог заявленного устройства описан в статье «Reflection-mode switchable subwavelength Bessel-beam and Gaussian-beam photoacoustic microscopy in vivo» (Byullee Park, Hoyong Lee, Seungwan Jeon, Joongho Aim, Hyung H. Kim, Chulhong Kim, Journal of Biophotonics, 12(2) 2018 г.). В ней реализована система оптоакустической микроскопии оптического разрешения с возможностью перестройки режима работы с бесселевым (ВВ) или гауссовым (GB) пучком. Для преобразования лазерного луча с гауссовым профилем в луч с бесселевым профилем в работе используется линза аксикон. Ультразвуковой детектор в виде узкой полоски располагался под оптическим объективом. Недостатком прототипа является многоэлементность оптической системы, что приводит к проблеме юстировки взаимного расположения оптических элементов.
Задачей, на решение которой направлена данная полезная модель, является разработка конструкции оптоакустического зонда на основе линзы аксикона, которая позволяет совместить оптический и акустический фокусы при сканировании объекта без дополнительной юстировки.
Технический результат достигается за счет того, что разработанный оптоакустический зонд, как и устройство-прототип, содержит линзу аксикон, ультразвуковой детектор с приемным элементом из пьезопленки. Новым является то, что по оси аксикона выполнено цилиндрическое отверстие, в котором расположен цилиндрический ультразвуковой детектор.
Устройство поясняется следующими фигурами.
На фиг.1 представлен оптоакустический зонд: а) схема головки зонда, б) фотография головки зонда, в) фотография оптоакустического зонда.
На фиг.2 показана схема хода оптических лучей в оптоакустической зонде.
На фиг.3 показан профиль зависимости интенсивности излучения от глубины (координата Z).
На фиг.4 показан показан профиль зависимости интенсивности излучения от радиальной координаты (координата X).
Представленная на фиг.1а головка 1 оптоакустического зонда состоит из конической линзы аксикона 2 со сквозным цилиндрическим отверстием по оси в центре, в которое вставляется цилиндрический ультразвуковой детектор 3. Ультразвуковой детектор 3 изготовлен на основе пьезоэлектрической пленки, в данном случае использовался пьезополимер PVDF-TrFe.
На фиг.1в представлена фотография оптоакустического зонда в едином устройстве на стержнях вместе с системой фокусировки излучения из одномодового волокна.
На фиг.2 показана схема хода оптических лучей в оптоакустическом зонде, где 4 -адаптер с закрепленным выходным концом одномодового оптического волокна, 5 коллимирующая линза, 1 - головка оптоакустического зонда.
С помощью линзы аксикона 2 происходит фокусировка лазерного излучения на образец и преобразование гауссова профиля излучения в бесселев профиль. Профиль выходного пучка и глубина фокуса определяются углом α аксикона 2 и показателем преломления n материала, из которого изготовлена линза аксикон 2. Интенсивность бесселева пучка в зависимости от пространственных координат определяется по следующей формуле
где k - волновое число;
n - относительный показатель преломления материала аксикона;
α - угол аксикона;
w0 - радиус лазерного луча;
I0 - интенсивность входного излучения;
(r, z) - радиальная и продольная координаты, соответственно.
По результатам расчетов был изготовлен образец линзы аксикона 2 с углом α=49° из стекла К8 с показателем преломления n=1,5191 на длине волны 532 нм. При данных параметрах расчетная глубина фокуса (DOF) составляет 26,8 мм на FWHM (full width at half maximum) в воде, диаметр фокусного пятна на FWHM 1,1 мкм в воде. В отверстие линзы вклеен ультразвуковой детектор 3 с апертурой 3,5 мм.
На фиг.3 представлено продольное распределение интенсивности излучения в области пространства за аксиконом. Стрелкой отмечена величина FWHM.
На фиг.4 представлено поперечное распределение интенсивности излучения в области пространства за аксиконом. Стрелкой отмечена величина FWHM.
Таким образом, в разработанном оптоакустическом зонде цилиндрический ультразвуковой детектор расположен в отверстие аксикона, т.е. системы фокусировки оптического излучения и ультразвукового датчика объединены в единый элемент. Данная конфигурация позволяет избежать дополнительной юстировки взаимного расположения ультразвукового детектора и аксикона.
Claims (1)
- Оптоакустический зонд для оптоакустической микроскопии оптического разрешения, содержащий линзу аксикон, ультразвуковой детектор с приемным элементом из пьезопленки, отличающийся тем, что по оси аксикона выполнено цилиндрическое отверстие, в котором расположен цилиндрический ультразвуковой детектор.
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU222926U1 true RU222926U1 (ru) | 2024-01-23 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2573179C2 (ru) * | 2011-08-04 | 2016-01-20 | Клэрити Медикал Системз, Инк. | Последовательный датчик волнового фронта с большим диоптрийным диапазоном, предоставляющий информацию в реальном времени |
| CN109620162A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-16 | 华南师范大学 | 一种基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置及成像方法 |
| WO2022240007A1 (ko) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 경북대학교 산학협력단 | 피부 내 멜라닌 측정용 자유 스캐닝 펜타입 광음향 단층 센싱 시스템 |
| RU215019U1 (ru) * | 2022-06-14 | 2022-11-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Бюро Акустических Разработок и Инноваций Нижнего Новгорода" (ООО "БАРИ-НН") | Оптически прозрачный датчик для оптоакустической микроскопии оптического разрешения |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2573179C2 (ru) * | 2011-08-04 | 2016-01-20 | Клэрити Медикал Системз, Инк. | Последовательный датчик волнового фронта с большим диоптрийным диапазоном, предоставляющий информацию в реальном времени |
| CN109620162A (zh) * | 2019-01-18 | 2019-04-16 | 华南师范大学 | 一种基于贝塞尔光束扩展焦深的光声内窥镜装置及成像方法 |
| WO2022240007A1 (ko) * | 2021-05-11 | 2022-11-17 | 경북대학교 산학협력단 | 피부 내 멜라닌 측정용 자유 스캐닝 펜타입 광음향 단층 센싱 시스템 |
| RU215019U1 (ru) * | 2022-06-14 | 2022-11-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Бюро Акустических Разработок и Инноваций Нижнего Новгорода" (ООО "БАРИ-НН") | Оптически прозрачный датчик для оптоакустической микроскопии оптического разрешения |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Byullee Park, Hoyong Lee, Seungwan Jeon, Joongho Aim, Hyung H. Kim, Chulhong Kim, Reflection-mode switchable subwavelength Bessel-beam and Gaussian-beam photoacoustic microscopy in vivo, Journal of Biophotonics, 12(2) 2018. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8585587B2 (en) | Determining phase variation of light in an endoscope | |
| US11243391B2 (en) | Three-dimensional imaging using swept confocally aligned planar excitation with asymmetrical magnification | |
| CN102004307B (zh) | 使用同心双锥面镜实现全内反射荧光显微的***与方法 | |
| WO2017049752A1 (zh) | 一种基于一阶贝塞尔光束的sted超分辨显微镜及调节方法 | |
| US7554664B2 (en) | Laser scanning microscope | |
| AU2003207507A1 (en) | Apparatus for oct imaging with axial line focus for improved resolution and depth of field | |
| JP2000126116A (ja) | 光診断システム | |
| JP2005532883A (ja) | 光ファイバによる特に共焦点式の高解像度蛍光イメージング方法および装置 | |
| TW201142352A (en) | Fluorescence micro imaging system | |
| US10314491B2 (en) | Optics for apodizing an optical imaging probe beam | |
| JP7342101B2 (ja) | 改良された走査光学顕微鏡 | |
| CN104677830A (zh) | 分光瞳共焦-光声显微成像装置与方法 | |
| WO2019123958A1 (ja) | 対物光学系及び顕微鏡システム | |
| CN202102170U (zh) | 使用同心双锥面镜实现全内反射荧光显微的*** | |
| CN104614349B (zh) | 反射式分光瞳共焦‑光声显微成像装置与方法 | |
| JP5213417B2 (ja) | Ｏｃｔシステムを備える手術用顕微鏡 | |
| US10905324B2 (en) | Spatial super-resolution apparatus for fluorescence analysis of eye fundus | |
| JP4885429B2 (ja) | 光刺激装置および光走査型観察装置 | |
| WO2020087998A1 (zh) | 晶格光片显微镜和在晶格光片显微镜中平铺晶格光片的方法 | |
| US20120019907A1 (en) | High-resolution surface plasmon microscope that includes a heterodyne fiber interferometer | |
| RU222926U1 (ru) | Оптоакустический зонд на основе линзы аксикона для оптоакустической микроскопии оптического разрешения | |
| CN110537898B (zh) | 一种焦点可调的光声内窥显微镜的制作方法 | |
| JP2015007661A (ja) | 走査型光学顕微鏡 | |
| KR20190116805A (ko) | 광음향 내시경 프로브 및 상기 광음향 내시경 시스템 | |
| JP2019184791A (ja) | 試料観察装置 |