DR Alman Araştırma Vakfı (DFG) Araştırma Bursu (RA 1848/1) ve Avrupa Araştırma Konseyi Grant başlayarak destek kabul eder. VN Avrupa Araştırma Konseyi İleri Araştırmacı Ödülü mali desteği kabul eder, ve Tıp Ödülü Bmbf İnovasyon.

Π-AKŞ Dedektörü 1. Optoacoustic Karakterizasyonu <ol><li> Agar içinde süspansiyon haline getirilmiş bir mikroskobik küre hazırlanması: <ol><li> Bir cam kap içinde damıtılmış su ile agar tozu (ağırlıkça% 1.3) karıştırın. Kaynama sıcaklığına yakın çözüm ısı ve çözüm hava kabarcıkları açık ve serbest hale gelinceye kadar agar tozu eritmek için sıcak bir plaka manyetik karıştırıcı aygıtı kullanın. Seçenek olarak ise, agar çözelti el ile cam bir karıştırıcı kullanılarak gerçekleştirilen karıştırma işlemi ile bir geleneksel mikrodalga kullanılarak ısıtılabilir. Plastik kalıp, ucu ile, örneğin şırınga içine sıcak çözüm dökün kesip. </li><li> Agar çözüm mikroskobik kürelerin küçük bir miktar serpin ve çözüm tamamen sertleşene kadar bekleyin. Pistonu iterek kalıp dışarı katı agar fantom atın. </li><li> Bir stereoskopik mikroskop altında Phantom View, tek bir mikroskobik küre içeren agar küçük bir parça kesti. </li><li> 1.1.1 adımı tekrarlayın ve t eklemekAgar çözeltisi bir mikroskobik küre içeren katı bir agar parçası o. </li><li> Sertleştikten sonra, mikroskobik alan yakın bir fantom yüzeyine bulunduğu böyle mikroskop altında agar hayalet kesti. </li></ol></li><li> Optoacoustic ölçümü <ol><li> Π-FBG her iki tarafında sıkı bir şekilde tutmak için, iki lif v-oluklu fiber sahipleri kullanın ve bir üç boyutlu (XYZ) için, bilgisayar kumandalı aşamasına bağlı tutucu. Lif ultrason yayılmasını sağlamak için batık olduğundan emin olun. </li><li> Yüksek güç nanosaniye-pulse lazer ışını ile elyafın farklı bölümlerini aydınlatarak algılama π-AKŞ elemanın yaklaşık konumunu bulun. Aydınlatma π-FBG&#39;de gerçekleştirildiğinde, bununla birlikte zayıf bir kaplamanın optik absorpsiyon, bir sinyal oluşturur. </li><li> Doğrudan π-FBG altında agar-gömülü mikroskobik küre yerleştirin. Mikroskobik küre çıplak gözle görünür olmalıdır. </li><li> Çeviri aşamasında kullanarak, mikroskobik alandan sinyal güçlü ve karşılık gelen zaman gecikmesi kısa bir yerini bulmak için yere paralel düzlemde π-AKŞ bir 2D tarama gerçekleştirin. </li><li> Mikroskobik küre maksimum güç sağlamak için aydınlatma için son ayarlamalar yapın. </li><li> Çeviri aşamasında kullanarak π-AKŞ bir 3D tarama ve her pozisyon için sinyali kaydedebilirsiniz. </li><li> Ultrason detektörün uzamsal bağımlı frekans yanıtı elde etmek için, Fourier kaydedilen zaman-domain ultrason sinyaline dönüştürmek gerçekleştirin. </li></ol></li></ol> Robustness ve π-AKŞ Dedektörü Performansının Duyarlılık 2. Tahmini <ol><li> Π-AKŞ her iki tarafında sıkıca lif tutun ve π-FBG batırmak için iki v-oluklu fiber tutucuları kullanın. </li><li> Π-FBG yüz sturdily karanlık bir tabak ya da bir grafit çubuk yerleştirin ve bu zekâ aydınlatmakgüçlü bir akustik alan oluşturmak için h yüksek güç nanosaniye-pulse lazer ışını. </li><li> Su tankı içinde su pompasını yerleştirin ve çevre koşullarına hızlı varyasyonlarını oluşturmak için açın. </li><li> Sistemin sağlamlığını tahmin etmek için, kilitleme devresi ile çıkışını ölçmek hem açık ve kapalı. Bir kilitleme gerçekleştirildiğinde, doğru bir ultrason sinyalini tespit etmek mümkün değildir. </li><li> Su pompasını kapatın. </li><li> Nedeniyle kaynağının yüksek tutarlılık duyarlılık olarak fayda tahmin etmek için, düşük bir tutarlılık kaynağı ile geniş-bant darbe lazer değiştirmek ve akustik ölçümü tekrarlayın. Düşük tutarlılık kaynağı kullanıldığı zaman hassasiyet büyüklük sırası üzerinde bir azalma beklenmektedir. </li></ol>

<ol>
	<li>Hunt, J. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrasound+transducers+for+pulse-echo+medical+imaging.">Ultrasound transducers for pulse-echo medical imaging.</a> IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 30, 453-481 (1983).</li><li>Razansky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multispectral+opto-acoustic+tomography+of+deep-seated+fluorescent+proteins+in+vivo.">Multispectral opto-acoustic tomography of deep-seated fluorescent proteins in vivo.</a> Nature Photon. 3, 412-417 (2009).</li><li>Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Going+deeper+than+microscopy:+the+optical+imaging+frontier+in+biology.">Going deeper than microscopy: the optical imaging frontier in biology.</a> Nature Methods. 7, 603-614 (2010).</li><li>Wang, L. H., Hu, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+tomography:+In+vivo+imaging+from+organelles+to+organs.">Photoacoustic tomography: In vivo imaging from organelles to organs.</a> Science. 23, 1458-1462 (2012).</li><li>Sethuraman, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photoacoustic+imaging+using+an+IVUS+imaging+catheter.">Photoacoustic imaging using an IVUS imaging catheter.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 54, 978-986 (2007).</li><li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optoacoustic+methods+for+frequency+calibration+of+ultrasonic+sensors.">Optoacoustic methods for frequency calibration of ultrasonic sensors.</a> IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 58, 316-326 (2011).</li><li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-sensitivity+compact+ultrasonic+detector+based+on+a+pi-phase-shifted+fiber+Bragg+grating.">High-sensitivity compact ultrasonic detector based on a pi-phase-shifted fiber Bragg grating.</a> Optics Letters. 36, 1833-1835 (2011).</li><li>Beard, P. C., Mills, T. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extrinsic+optical+fibre+ultrasound+sensor+using+a+thin+polymer+film+as+a+low+finesse+Fabry-Perot+interferometer.">Extrinsic optical fibre ultrasound sensor using a thin polymer film as a low finesse Fabry-Perot interferometer.</a> Applied Optics. 35, 663-675 (1996).</li><li>Xiong Pernice, W. H. P., Tang, C., X, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+Q+micro-ring+resonators+fabricated+from+polycrystalline+aluminum+nitride+films+for+near+infrared+and+visible+photonics.">High Q micro-ring resonators fabricated from polycrystalline aluminum nitride films for near infrared and visible photonics.</a> Optics Express. 20, 12261-12269 (2012).</li><li>Zhang, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Backward-mode+multiwavelength+photoacoustic+scanner+using+a+planar+Fabry-Perot+polymer+film+ultrasound+sensor+for+high-resolution+three-dimensional+imaging+of+biological+tissues.">Backward-mode multiwavelength photoacoustic scanner using a planar Fabry-Perot polymer film ultrasound sensor for high-resolution three-dimensional imaging of biological tissues.</a> Applied Optics. 47, 561-577 (2008).</li><li>Gr&#252;n, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+photoacoustic+imaging+using+fiber-based+line+detectors.">Three-dimensional photoacoustic imaging using fiber-based line detectors.</a> Journal of Biomedical Optics. 15, 021306-02 (2010).</li><li>Avino, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Musical+instrument+pickup+based+on+a+laser+locked+to+an+optical+fiber+resonator.">Musical instrument pickup based on a laser locked to an optical fiber resonator.</a> Optics. Express. 19, 25057-25065 (2011).</li><li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wideband+optical+sensing+using+pulse+interferometry.">Wideband optical sensing using pulse interferometry.</a> Optics Express. 20, 19016-19029 (2012).</li><li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wideband+fiber-interferometer+stabilization+with+variable+phase.">Wideband fiber-interferometer stabilization with variable phase.</a> IEEE Photonics Technology Letters. 24, 1499-1501 (2012).</li><li>Rosenthal, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatial+characterization+of+the+response+of+a+silica+optical+fiber+to+wideband+ultrasound.">Spatial characterization of the response of a silica optical fiber to wideband ultrasound.</a> Optics Letters. 37, 15-3174 (2012).</li><li>Rosenthal, A., Razansky, D., Ntziachristos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Model-based+optoacoustic+inversion+with+arbitrary-shape+detectors.">Model-based optoacoustic inversion with arbitrary-shape detectors.</a> Medical Physics. 38, 4285-4295 (2011).</li></ol>

Yazarlar, hiçbir rakip mali çıkarlarını olmadığını beyan ederim.

Sonuç olarak, ultrason saptanması için bir yöntem, yeni optik bir π-FBG ve nabız interferometrik bir kombinasyonu ile, hangi sokulur. Teknik özellikle neredeyse rasgele nesne aydınlatma desenleri sağlayan algılama elemanı, şeffaflık sayesinde optoacoustic görüntüleme uygulamaları için uygundur. Bunun aksine, standart piezoelektrik göre ultrason algılayıcılar opak ve bu nedenle büyük görüntüleme kurulumları yol açan, görüntülü nesneye optik yolların bazıları bloke eder. Geliştirilen o...

Ultrason dedektörler birçok görüntüleme uygulamalarında önemli bir rol oynamaktadır. Geleneksel olarak, ultrason gerilim sinyalleri 1 içine basınç dalgalarını dönüşümü piezoelektrik dönüştürücüler tarafından tespit edilir. Optoacoustic görüntülemede, ultrason, yüksek güç modüle edilmiş ışık 2-6 ile nesne aydınlatarak bir termal genleşme işlemi ile üretilir. Piezoelektrik transdüserler optoacoustic uygulamalarında tercih edilen yöntem olsa da minyatür piezoelektrik transdüktörleri genellikle düşük hassasiyet ile karakterize edilir, çünkü bunların kullanımı genellikle temel olarak minyatür engellemektedir. Piezoelektrik dönüştürücüler optik opak beri Ayrıca, onlar ciddi kullanılabilir görüntüleme yapılandırmaları için olanaklarını sınırlayan, görüntülü nesneye ışık doğuma engel olabilecek. Transdüsere ​​nesneden geri saçılan ışık da ultrason uygun algılama sınırı nedeniyle optik kaynaklı parasit için görüntüleme sisteminin tasarımını zorlaştırmaktadıric transdüktörün 7&#39;de işaret eder. Ultrasonun Optik dedektörler optoacoustic görüntüleme senaryolarda 8-12 pek çok avantajlar sunmaktadır piezoelektrik dönüştürücüler için olası bir alternatif olarak kabul edilmiştir: Genellikle saydam ve genellikle duyarlılık kaybı olmadan minyatür edilebilir. Optik detektör çalışma prensibi nedeniyle ultrason varlığına bağlı olarak optik bir ortam içinde oluşturulan dakika deformasyon interferometrik tespit edilmesidir. Çoğu zaman, optik rezonatörler optik sinyalin faz üzerinde deformasyon etkisini artırmak, böylece, uzun süreli olarak, etkilenen ortam içinde ışık yakalama ile saptama hassasiyetini artırmak için kullanılır. Bu gibi durumlarda, bir optik algılama düzenleri doğrudan rezonatöründe deformasyonları yapı ile ilgili rezonans dalgaboyu izleme varyasyonlar, dayanmaktadır. En sık olarak, dar çizgi genişliği sürekli dalga (CW) teknikleri, CW lazer inci ayarlı olduğu kullanılıre rezonans dalgaboyu. Rezonans küçük değişimleri bu şekilde kolayca izlenebilir nakledilen / yansıyan lazer ışığı, yoğunluğuyla varyasyonlara neden rezonans içindeki lazer dalga boyunun göreli konumunu değiştirmek dalga boyu. Rezonans kaymalar çok güçlü iseniz Ancak, örneğin rezonans etkili dedektörü 13 doyurarak, lazerin dalga boyu uzak tamamen kayabilir, basınç, sıcaklık, veya titreşimler büyük değişimler nedeniyle. Darbe enterforemetre 14 sinyal doygunluk sınırlaması için bir çözüm sunar ve uçucu çevre koşullarında ultrason algılanmasını sağlar. Aksine CW düzenleri-LineWidth daraltmak için, darbe interferometri rezonatorü aydınlatmak için geniş bant darbe kaynağı kullanır. Rezonans değiştirir ise bu durumda, rezonatör, rezonans frekansına karşılık gelen dalga boylarında yalnızca verici, bir bant geçiş filtresi gibi hareket eden bir14,15 yeniden kareleme kilitli bir Mach-Zehnder interferometresi kullanılarak, örneğin, rezonatörün üretiminin, optik sinyal dalga boyu değişimlerin ölçülmesi ile tespit edildi. Otomatik reset devresi hemen çevre koşulları nedeniyle aşırı değişime kaybolması durumunda interferometreye çalışma noktasına geri yüklemek için kullanılır. Çünkü kaynağının nispeten geniş bir bant genişliği, rezonans dalgaboyu da zor çevre koşulları altında kararlı detektör çalışma sağlayan, daha güçlü düzensizliklerin altında ışıklı bant içinde kalır. Sorgulama, yani optik bakliyat, için tutarlı bir kaynak kullanımı düşük gürültü saptanmasını kolaylaştırır. Deneylerde kullanılan karşılık gelen pulse interferometre sistemi, Şekil 1 &#39;de gösterilmiştir. Sorgulama için kullanılan darbeli bir lazer, 100 den fazla 60 mW ve spektral genişliği çıkış gücü ile 100 MHz frekansda 90 FSEC darbe üretilirnm. Optik filtre, yaklaşık 0.4 nm&#39;lik bir spektral FWHM genişliğe ve rezonans frekansına ayarlı edildi. Filtrenin ardından, bir optik amplifikatör filtreleme önemli bir kayıp telafi etmek için kullanıldı. Ek filtreleme amplifikatör güçlendirilmiş spontan emisyonunu azaltmak için amplifikasyon aşamasından sonra uygulandı. Deneylerde kullanılan rezonatör özellikle ultrason algılamanın tıbbi uygulama için Teraxion Inc tarafından imal edilmiş bir pi-faz kaydırılmış fiber Bragg ızgarasının (π-FBG) 8, olduğu, π-FBGs, her türlü fiber parçaları olmanın yararı vardır ve böylece sağlam ve küçük. Şekil 2, bu çalışmada kullanılan fiber optik boyutları ve bir 15 MHz minyatür intravasküler ultrason (IVUS) piezoelektrik transdüser arasındaki bir karşılaştırmayı göstermektedir. Bu tür düzlemsel dalga kılavuzlarında fabrikasyon mikro halka rezonatörlerin gibi bazı alternatif rezonans-tabanlı algılama yaklaşımlar, bileşenin, birleştirme lifleri gerektirirgiriş ve çıkış, daha kırılgan cihazlara açan veya minyatürleşmeye engelleyen ya. Bunun aksine, π-FBGs in-lif bileşenleri olan ve ek elyaf bağlama gerektirmez. Π-FBGs içindeki rezonans kendi merkezinde pi faz kayması oluşturulur; Işık ızgaranın kendisinin uzunluğu daha kısa olan fiberin kısmı boyunca pi faz kayması etrafında tutulur. Deneylerde, π-FBG 4 mm ve κ = 2 mm olan bir bağlama katsayısı bir uzunluğa sahip -1 ve duyarlılık duyarlılık katlanarak κ bir oran ile, ızgara merkezinden azalan, uzunluğu boyunca muntazam olmayan biçimde dağıtılmıştır . Duyarlılık dağılımı (SD) tam genişlik-yarı-maksimum (FWHM) yaklaşık 350 mikron idi. Izgarasının rezonans genişliği, uzunluğu ve aşağıdaki denkleme uygun olarak bir bağlama katsayısı her ikisi tarafından belirlenmektedir: <img alt="Denklem 1" fo:content-width="1.5in" src= &quot;/ Files/ftp_upload/50847/50847eq1.jpg&quot; width = &quot;150&quot; /&gt; (1) λ rezonans dalgaboyu ve n eff lifin 8 kılavuzlanır modunun etkin kırılma indisidir. Π-FBG detektör görüntüleme uygulamaları için uygun olup olmadığını değerlendirmek için, kendi uzamsal bağımlı tepki geniş bir frekans bandı üzerinden ölçülebilen gerekmektedir. Ancak, bu görev, geleneksel akustik teknikler kullanıldığında son derece zordur. Bu nedenle, şeffaf agar gömülü koyu mikroskopik bir küre optoacoustic nokta kaynağı olarak hizmet ettiği ultrason detektörü 16 karakterizasyonu için bir optoacoustic bir yöntem kullanır. Bizim deneyde, mikroskobik küre yaklaşık 100 mikron çapındadır ve 10 Hz tekrarlama oranı, yaklaşık 8 NSEC darbe süresi ve 200 mW ortalama güç tüketimi ile yüksek güç nanosaniye optik darbeleri ile aydınlatılır. Mikroskopik SPH çökelmiş optik enerjieres optoacoustic etkisi nedeniyle bant ultrason sinyalleri üretir. Π-FBG dedektör uzamsal bağımlı akustik tepki elde etmek için mikroskobik alanda nispeten çevrilmiştir. Şekil 3, bu deney optoacoustic bir gösterimini göstermektedir. Genel olarak, bu teknik, ultrason detektörlerin farklı karakterize etmek için kullanılabilir.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="573">
	<colgroup>
		<col />
		<col />
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">&#960;-FBG</td>
			<td style="width:71px;">Teraxion Inc.</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td style="width:167px;">&#160;Custom made device</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">microscopic sphere</td>
			<td style="width:71px;">Cospheric LLC</td>
			<td style="width:119px;">BKPMS 90-106um- 10g</td>
			<td style="width:167px;">100 &#181;m polyethylene microsphere</td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Femto-second pulse laser used for interrogation&#160;</td>
			<td style="width:71px;">Menlo Systems GmbH</td>
			<td style="width:119px;">T-Light Femtosecond Laser</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Optical filter</td>
			<td style="width:71px;">Optoplex Corporation</td>
			<td style="width:119px;">2-Port Optical Tunable Filter (50 GHz)</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Optical amplifier</td>
			<td style="width:71px;">Amonics</td>
			<td style="width:119px;">AEDFA-PM-PA-35-B-FC</td>
			<td style="width:167px;">Benchtop 35dB Gain Pre Amp Polarization Maintaining EDFA&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="232">
			<td height="232" style="height:232px;width:216px;">50/50 coupler</td>
			<td style="width:71px;">OZ-Optics</td>
			<td style="width:119px;">FUSED-22-1550-8/125-50/50-3S3S3S3S-3-0.5-PM</td>
			<td style="width:167px;">Fused 2x2 fiber splitter with 0.5 meter long, 3mm OD PVC jacketed 1550nm 8/125&#956; PM fiber 
			pigtails, 50/50 split ratio in the slow axes of PM fibers and with super FC/PC connectors on all 
			ports.</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Fiber holder</td>
			<td style="width:71px;">Thorlabs</td>
			<td style="width:119px;">T711/M-250</td>
			<td style="width:167px;">Metric, Post-Mountable Fiber Clamp, 250 &#181;m&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Agar for microbiology</td>
			<td style="width:71px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">05039-500G</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="64">
			<td height="64" style="height:64px;width:216px;">Nano-second pulse laser used for generating the optoacoustic signals</td>
			<td style="width:71px;">Opotek</td>
			<td style="width:119px;">VIBRANT Arrow 532 type I</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="43">
			<td height="43" style="height:43px;width:216px;">Graphite rod</td>
			<td style="width:71px;">&#160;Faber-Castell</td>
			<td style="width:119px;">120700</td>
			<td style="width:167px;">Faber-Castell Pencil Leads - 0.7 mm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

wideband optical detector of ultrasound for medical imaging applications

Son zamanlarda optoacoustic görüntüleme alanında gösterilmiştir gibi ultrason optik sensörler, piezoelektrik teknikleri için umut verici bir alternatiftir. Tıbbi uygulamalarda, optik algılama teknolojisinin önemli sınırlamalar bir saptanmasını saturate çevre koşulları, basınç ve sıcaklık değişiklikleri, örneğin, olan duyarlılığıdır. Buna ek olarak, klinik ortam genellikle sensörün boyut ve sağlamlığı ile ilgili sıkı sınırlar. Bu çalışmada, darbe interferometrik ve fiber esaslı optik algılama kombinasyonu ultrason tespiti için gösterilmiştir. Tüm fiber teknolojisinin kullanımı, damar içi görüntüleme gibi son derece zorlu için tıbbi uygulamalar ile uyumlu, mekanik olarak esnek bir algılama elemanı neden olur oysa Pulse interferometre, çevre koşullarında hızla varyasyonlar mevcudiyetinde okuma sisteminin güçlü bir performans sağlar. Kısa bir sensör uzunluğu elde etmek için birpi-faz kaydırılmış fiber Bragg ızgarasının 350 um&#39;lik etkili uzunluğu boyunca ışığı tutucu bir rezonatör olarak hareket eden, kullanılır. Yüksek bant genişliği etkinleştirmek için, algılayıcı damar içi görüntüleme gibi görüntüleme çevresel geometrilerde son derece faydalıdır ultrason sideway tespiti için kullanılır. Bir görüntüleme optoacoustic kurulum farklı pozisyonlarda akustik nokta kaynaklar için sensörün cevap belirlemek için kullanılır.

Şekiller 4a ve 4b sırasıyla π-FBG merkezinden üç uzaklıklar için elyaftan 1 mm&#39;lik bir mesafede mikroskobik alanda gelen sinyalleri ve bunlara karşılık gelen spektrumlarını göstermektedir. Şekil 3&#39;te gösterildiği gibi, uzaklıklar, z yönünde verilmiştir. Açıktır ki, yüksek frekanslı ultrason (f&gt; 6 MHz) için optik detektörün hassasiyeti anizotropik olan ve π-FBG merkez doğrudan mikroskobik küre üzerinde olduğunda en yüksek old...

Watch this Scientific Journal Video about Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications at JoVE.com

Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Genellikle istikrarlı çevresel koşullar gerektirdiğinden ultrason optik algılama birçok görüntüleme senaryolarda pratik değildir. Biz kısıtlayıcı senaryolar, örneğin damar içi uygulamalarda optoacoustic görüntüleme için uygun minyatür ve duyarlılık düzeyleri ile uçucu ortamlarda ultrason algılama için optik tekniği göstermektedir.

Geniş bant Tıbbi Görüntüleme Uygulamaları Ultrason Optik Dedektörü

Optical sensors of ultrasound are a promising alternative to piezoelectric techniques, as has been recently demonstrated in the field of optoacoustic ...

wideband-optical-detector-ultrasound-for-medical-imaging

Research

JoVE Journal

Bioengineering

10.7K Görüntüleme.  Technical University of Munich and Helmholtz Center Munich.  Genellikle istikrarlı çevresel koşullar gerektirdiğinden ultrason optik algılama birçok görüntüleme senaryolarda pratik değildir. Biz kısıtlayıcı senaryolar, örneğin damar içi uygulamalarda optoacoustic görüntüleme için uygun minyatür ve duyarlılık düzeyleri ile uçucu ortamlarda ultrason algılama için optik tekniği göstermektedir. 

Video: Wideband Optical Detector of Ultrasound for Medical Imaging Applications

Three-dimensional Optical-resolution Photoacoustic Microscopy

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As the mainstays of in vivo three-dimensional (3-D) optical microscopy, single-/multi-photon fluorescence microscopy and optical coherence tomography (OCT) have demonstrated their extraordinary sensitivities to fluorescence and optical scattering contrasts, respectively. However, the optical absorption contrast of biological tissues, which encodes essential physiological/pathological information, has not yet been assessable. 
The emergence of biomedical photoacoustics has led to a new branch of optical microscopy optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM)1, where the optical irradiation is focused to the diffraction limit to achieve cellular1 or even subcellular2 level lateral resolution. As a valuable complement to existing optical microscopy technologies, OR-PAM brings in at least two novelties. First and most importantly, OR-PAM detects optical absorption contrasts with extraordinary sensitivity (i.e., 100%). Combining OR-PAM with fluorescence microscopy3 or with optical-scattering-based OCT4 (or with both) provides comprehensive optical properties of biological tissues. Second, OR-PAM encodes optical absorption into acoustic waves, in contrast to the pure optical processes in fluorescence microscopy and OCT, and provides background-free detection. The acoustic detection in OR-PAM mitigates the impacts of optical scattering on signal degradation and naturally eliminates possible interferences (i.e., crosstalks) between excitation and detection, which is a common problem in fluorescence microscopy due to the overlap between the excitation and fluorescence spectra. 
Unique for optical absorption imaging, OR-PAM has demonstrated broad biomedical applications since its invention, including, but not limited to, neurology5, 6, ophthalmology7, 8, vascular biology9, and dermatology10. In this video, we teach the system configuration and alignment of OR-PAM as well as the experimental procedures for in vivo functional microvascular imaging.

Optical-resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an emerging technology capable of imaging optical absorption contrasts in vivo with cellular resolution and sensitivity. Here, we provide a visualized instruction on the experimental protocols of OR-PAM, including system configuration, system alignment, typical in vivo experimental procedures, and functional imaging schemes.

Üç boyutlu optik çözünürlük foto akustik Mikroskopi

Optical microscopy, providing valuable insights at the cellular and organelle levels, has been widely recognized as an enabling biomedical technology. As ...

Biyomühendislik

Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting airways, whereas adenocarcinomas are typically more peripheral in location. Lung malignancy detection early in the disease process may be difficult due to several limitations: radiological resolution, bronchoscopic limitations in evaluating tissue underlying the airway mucosa and identifying early pathologic changes, and small sample size and/or incomplete sampling in histology biopsies. High resolution imaging modalities, such as optical frequency domain imaging (OFDI), provide non-destructive, large area 3-dimensional views of tissue microstructure to depths approaching 2 mm in real time (Figure 1)2-6. OFDI has been utilized in a variety of applications, including evaluation of coronary artery atherosclerosis6,7 and esophageal intestinal metaplasia and dysplasia6,8-10.
Bronchoscopic OCT/OFDI has been demonstrated as a safe in vivo imaging tool for evaluating the pulmonary airways11-23 (Animation). OCT has been assessed in pulmonary airways16,23 and parenchyma17,22 of animal models and in vivo human airway14,15. OCT imaging of normal airway has demonstrated visualization of airway layering and alveolar attachments, and evaluation of dysplastic lesions has been found useful in distinguishing grades of dysplasia in the bronchial mucosa11,12,20,21. OFDI imaging of bronchial mucosa has been demonstrated in a short bronchial segment (0.8 cm)18. Additionally, volumetric OFDI spanning multiple airway generations in swine and human pulmonary airways in vivo has been described19. Endobronchial OCT/OFDI is typically performed using thin, flexible catheters, which are compatible with standard bronchoscopic access ports. Additionally, OCT and OFDI needle-based probes have recently been developed, which may be used to image regions of the lung beyond the airway wall or pleural surface17.
While OCT/OFDI has been utilized and demonstrated as feasible for in vivo pulmonary imaging, no studies with precisely matched one-to-one OFDI:histology have been performed. Therefore, specific imaging criteria for various pulmonary pathologies have yet to be developed. Histopathological counterparts obtained in vivo consist of only small biopsy fragments, which are difficult to correlate with large OFDI datasets. Additionally, they do not provide the comprehensive histology needed for registration with large volume OFDI. As a result, specific imaging features of pulmonary pathology cannot be developed in the in vivo setting. Precisely matched, one-to-one OFDI and histology correlation is vital to accurately evaluate features seen in OFDI against histology as a gold standard in order to derive specific image interpretation criteria for pulmonary neoplasms and other pulmonary pathologies. Once specific imaging criteria have been developed and validated ex vivo with matched one-to-one histology, the criteria may then be applied to in vivo imaging studies. Here, we present a method for precise, one to one correlation between high resolution optical imaging and histology in ex vivo lung resection specimens. Throughout this manuscript, we describe the techniques used to match OFDI images to histology. However, this method is not specific to OFDI and can be used to obtain histology-registered images for any optical imaging technique. We performed airway centered OFDI with a specialized custom built bronchoscopic 2.4 French (0.8 mm diameter) catheter. Tissue samples were marked with tissue dye, visible in both OFDI and histology. Careful orientation procedures were used to precisely correlate imaging and histological sampling locations. The techniques outlined in this manuscript were used to conduct the first demonstration of volumetric OFDI with precise correlation to tissue-based diagnosis for evaluating pulmonary pathology24. This straightforward, effective technique may be extended to other tissue types to provide precise imaging to histology correlation needed to determine fine imaging features of both normal and diseased tissues.

Optical Frequency Domain Imaging of Ex vivo Pulmonary Resection Specimens: Obtaining One to One Image to Histopathology Correlation

A method to image ex vivo pulmonary resection specimens with optical frequency domain imaging (OFDI) and obtain precise correlation to histology is described, which is essential to developing specific OFDI interpretation criteria for pulmonary pathology. This method is applicable to other tissue types and imaging techniques to obtain precise imaging to histology correlation for accurate image interpretation and assessment. Imaging criteria established with this technique would then be applicable to image assessment in future in vivo studies.

Optik Frekans Domain Görüntüleme<em&gt; Ex vivo</em&gt; Pulmoner Rezeksiyon Örnekler: Histopatoloji Korelasyon için Birebir Görüntü Alınması

Lung cancer is the leading cause of cancer-related deaths1. Squamous cell and small cell cancers typically arise in association with the conducting ...

Preparation of Mica Supported Lipid Bilayers for High Resolution Optical Microscopy Imaging

Supported lipid bilayers (SLBs) are widely used as a model for studying membrane properties (phase separation, clustering, dynamics) and its interaction with other compounds, such as drugs or peptides. However SLB characteristics differ depending on the support used. 
Commonly used techniques for SLB imaging and measurements are single molecule fluorescence microscopy, FCS and atomic force microscopy (AFM). Because most optical imaging studies are carried out on a glass support, while AFM requires an extremely flat surface (generally mica), results from these techniques cannot be compared directly, since the charge and smoothness properties of these materials strongly influence diffusion. Unfortunately, the high level of manual dexterity required for the cutting and gluing thin slices of mica to the glass slide presents a hurdle to routine use of mica for SLB preparation. Although this would be the method of choice, such prepared mica surfaces often end up being uneven (wavy) and difficult to image, especially with small working distance, high numerical aperture lenses. Here we present a simple and reproducible method for preparing thin, flat mica surfaces for lipid vesicle deposition and SLB preparation. Additionally, our custom made chamber requires only very small volumes of vesicles for SLB formation. The overall procedure results in the efficient, simple and inexpensive production of high quality lipid bilayer surfaces that are directly comparable to those used in AFM studies.

We present a method of preparing mica supported lipid bilayers for high resolution microscopy. Mica is transparent and flat on an atomic scale, but rarely used in imaging because of handling difficulties; our preparation results in even deposition of the mica sheet, and reduces the material used in bilayer preparation.

Mika hazırlanması Yüksek Çözünürlüklü Optik Mikroskopi Görüntüleme için lipit tabakalarının Desteklenen

Supported lipid bilayers (SLBs) are widely used as a model for studying membrane properties (phase separation, clustering, dynamics) and its interaction ...

Biofunctionalized Prussian Blue Nanoparticles for Multimodal Molecular Imaging Applications

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, complementary imaging techniques. These imaging agents facilitate the real-time assessment of pathways and mechanisms in vivo, which enhance both diagnostic and therapeutic efficacy. This article presents the protocol for the synthesis of biofunctionalized Prussian blue nanoparticles (PB NPs) - a novel class of agents for use in multimodal, molecular imaging applications. The imaging modalities incorporated in the nanoparticles, fluorescence imaging and magnetic resonance imaging (MRI), have complementary features. The PB NPs possess a core-shell design where gadolinium and manganese ions incorporated within the interstitial spaces of the PB lattice generate MRI contrast, both in T1 and T2-weighted sequences. The PB NPs are coated with fluorescent avidin using electrostatic self-assembly, which enables fluorescence imaging. The avidin-coated nanoparticles are modified with biotinylated ligands that confer molecular targeting capabilities to the nanoparticles. The stability and toxicity of the nanoparticles are measured, as well as their MRI relaxivities. The multimodal, molecular imaging capabilities of these biofunctionalized PB NPs are then demonstrated by using them for fluorescence imaging and molecular MRI in vitro.

This protocol describes the synthesis of biofunctionalized Prussian blue nanoparticles and their use as multimodal, molecular imaging agents. The nanoparticles have a core-shell design where gadolinium or manganese ions within the nanoparticle core generate MRI contrast. The biofunctional shell contains fluorophores for fluorescence imaging and targeting ligands for molecular targeting.

Modlu Moleküler Görüntüleme Uygulamaları için Biofunctionalized Prusya Mavisi Nanopartikülleri

Multimodal, molecular imaging allows the visualization of biological processes at cellular, subcellular, and molecular-level resolutions using multiple, ...

Real-time Monitoring of High Intensity Focused Ultrasound (HIFU) Ablation of In Vitro Canine Livers Using Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU)

Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU) is a technique that can perform and monitor high-intensity focused ultrasound (HIFU) ablation. An oscillatory motion is generated at the focus of a 93-element and 4.5 MHz center frequency HIFU transducer by applying a 25 Hz amplitude-modulated signal using a function generator. A 64-element and 2.5 MHz imaging transducer with 68kPa peak pressure is confocally placed at the center of the HIFU transducer to acquire the radio-frequency (RF) channel data. In this protocol, real-time monitoring of thermal ablation using HIFU with an acoustic power of 7 W on canine livers in vitro is described. HIFU treatment is applied on the tissue during 2 min and the ablated region is imaged in real-time using diverging or plane wave imaging up to 1,000 frames/second. The matrix of RF channel data is multiplied by a sparse matrix for image reconstruction. The reconstructed field of view is of 90&#176; for diverging wave and 20 mm for plane wave imaging and the data are sampled at 80 MHz. The reconstruction is performed on a Graphical Processing Unit (GPU) in order to image in real-time at a 4.5 display frame rate. 1-D normalized cross-correlation of the reconstructed RF data is used to estimate axial displacements in the focal region. The magnitude of the peak-to-peak displacement at the focal depth decreases during the thermal ablation which denotes stiffening of the tissue due to the formation of a lesion. The displacement signal-to-noise ratio (SNRd) at the focal area for plane wave was 1.4 times higher than for diverging wave showing that plane wave imaging appears to produce better displacement maps quality for HMIFU than diverging wave imaging.

Real-time Monitoring of High Intensity Focused Ultrasound HIFU Ablation of In Vitro Canine Livers Using Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound HMIFU

This article describes real-time monitoring of HIFU ablation in canine liver with high frame rate ultrasound imaging using diverging and plane wave imaging. Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound is used to image the decrease of acoustic radiation force induced displacement in the ablated region.

Yüksek Yoğunluk Gerçek zamanlı izleme Ultrason (HIFU) Ablasyonu Odaklı<em&gt; İn Vitro</em&gt; Odaklı Ultrason Harmonik Hareket Görüntüleme kullanma Köpek karaciğerler (HMIFU)

Harmonic Motion Imaging for Focused Ultrasound (HMIFU) is a technique that can perform and monitor high-intensity focused ultrasound (HIFU) ablation. An ...

Computed Tomography and Optical Imaging of Osteogenesis-angiogenesis Coupling to Assess Integration of Cranial Bone Autografts and Allografts

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that implantation of a bone autograft would induce greater bone regeneration by abundant blood vessel formation. To investigate the effect of the graft on neovascularization at the defect site, we developed a micro&#8211;computed tomography (&#181;CT) approach to characterize newly forming blood vessels, which involves systemic perfusion of the animal with a polymerizing contrast agent. This method enables detailed vascular analysis of an organ in its entirety. Additionally, blood perfusion was assessed using fluorescence imaging (FLI) of a blood-borne fluorescent agent. Bone formation was quantified by FLI using a hydroxyapatite-targeted probe and &#181;CT analysis. Stem cell recruitment was monitored by bioluminescence imaging (BLI) of transgenic mice that express luciferase under the control of the osteocalcin promoter. Here we describe and demonstrate preparation of the allograft, calvarial defect surgery, &#181;CT scanning protocols for the neovascularization study and bone formation analysis (including the in vivo perfusion of contrast agent), and the protocol for data analysis.
The 3D high-resolution analysis of vasculature demonstrated significantly greater angiogenesis in animals with implanted autografts, especially with respect to arteriole formation. Accordingly, blood perfusion was significantly higher in the autograft group by the 7th day after surgery. We observed superior bone mineralization and measured greater bone formation in animals that received autografts. Autograft implantation induced resident stem cell recruitment to the graft-host bone suture, where the cells differentiated into bone-forming cells between the 7th and 10th postoperative day. This finding means that enhanced bone formation may be attributed to the augmented vascular feeding that characterizes autograft implantation. The methods depicted may serve as an optimal tool to study bone regeneration in terms of tightly bounded bone formation and neovascularization.

Implantation of autologous and allogeneic bone grafts constitute accepted approaches to treat major craniofacial bone loss. Yet the effect of graft composition on the interplay among neovascularization, cell differentiation and bone formation is unclear. We present a multimodal imaging protocol aimed to elucidate the angiogenesis-osteogenesis interdependence at the graft proximity.

Bilgisayarlı Tomografi ve Osteogenezi-anjiyogenez bağlamalar Optik Görüntüleme Kranial Kemik Otogreftlerin ve allogreft Entegrasyon değerlendirmek için

A major parameter determining the success of a bone-grafting procedure is vascularization of the area surrounding the graft. We hypothesized that ...

High-throughput Identification of Bacteria Repellent Polymers for Medical Devices

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as contributing to antimicrobial resistance. One possible avenue for the reduction of device-associated infections is the identification of bacteria-repellent polymer coatings for these devices, which would prevent bacterial binding at the initial attachment step. A method for the identification of such repellent polymers, based on the parallel screening of hundreds of polymers using a microarray, is described here. This high-throughput method resulted in the identification of a range of promising polymers that resisted binding of various clinically relevant bacterial species individually and also as multi-species communities. One polymer, PA13 (poly(methylmethacrylate-co-dimethylacrylamide)), demonstrated significant reduction in attachment of a number of hospital isolates when coated onto two commercially available central venous catheters. The method described could be applied to identify polymers for a wide range of applications in which modification of bacterial attachment is important.

A high-throughput microarray method for the identification of polymers which reduce bacterial surface binding on medical devices is described.

Tıbbi Cihazlar Bakterilerin yüksek verimlilik Kimlik Savar Polimerler

Medical devices are often associated with hospital-acquired infections, which place enormous strain on patients and the healthcare system as well as ...

Medical-grade Sterilizable Target for Fluid-immersed Fetoscope Optical Distortion Calibration

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal Therapy and Surgery) project. One of the aims of this project is to engineer novel, real-time image processing methods for intra-operative use in the treatment of congenital birth defects, such as spina bifida and the twin-to-twin transfusion syndrome. The developed target allows for the sterility-preserving optical distortion calibration of endoscopes within a few minutes. Good optical distortion calibration and compensation are important for mitigating undesirable effects like radial distortions, which not only hamper accurate imaging using existing endoscopic technology during fetal surgery, but also make acquired images less suitable for potentially very useful image computing applications, like real-time mosaicing. In this paper proposes a novel fabrication method to create an affordable, sterilizable calibration target suitable for use in a clinical setup. This method involves etching a calibration pattern by laser cutting a sandblasted stainless steel sheet. This target was validated using the camera calibration module provided by OpenCV, a state-of-the-art software library popular in the computer vision community.

This article describes the design and development of a sterilizable custom camera optical distortion calibration target for the peri-operative, fluid-immersed calibration of endoscopes during endoscopic interventions.

Sıvı-dalmış Fetoscope Optik Distorsiyon Kalibrasyon Tıbbi dereceli Sterilize Hedef

We have developed a calibration target for use with fluid-immersed endoscopes within the context of the GIFT-Surg (Guided Instrumentation for Fetal ...

Long-term Live Imaging Device for Improved Experimental Manipulation of Zebrafish Larvae

The zebrafish larva is an important model organism for both developmental biology and wound healing. Further, the zebrafish larva is a valuable system for live high-resolution microscopic imaging of dynamic biological phenomena in space and time with cellular resolution. However, the traditional method of agarose encapsulation for live imaging can impede larval development and tissue regrowth. Therefore, this manuscript describes the zWEDGI (zebrafish Wounding and Entrapment Device for Growth and Imaging), which was designed and fabricated as a functionally compartmentalized device to orient larvae for high-resolution microscopy while permitting caudal fin transection within the device and subsequent unrestrained tail development and re-growth. This device allows for wounding and long-term imaging while maintaining viability. Given that the zWEDGI mold is 3D printed, the customizability of its geometries make it easily modified for diverse zebrafish imaging applications. Furthermore, the zWEDGI offers numerous benefits, such as access to the larva during experimentation for wounding or for the application of reagents, paralleled orientation of multiple larvae for streamlined imaging, and reusability of the device.

This manuscript describes the zWEDGI (zebrafish Wounding and Entrapment Device for Growth and Imaging), which is a compartmentalized device designed to orient and restrain zebrafish larvae. The design permits tail transection and long-term collection of high-resolution fluorescent microscopy images of wound healing and regeneration.

Zebra balığı larva geliştirilmiş deneysel manipülasyon için uzun vadeli canlı görüntüleme aygıtı

The zebrafish larva is an important model organism for both developmental biology and wound healing. Further, the zebrafish larva is a valuable system for ...

Optical Imaging of Isolated Murine Ventricular Myocytes

The ability to isolate adult cardiac myocytes has permitted researchers to study a variety of cardiac pathologies at the single cell level. While advances in calcium sensitive dyes have permitted the robust optical recording of single cell calcium dynamics, recording of robust transmembrane optical voltage signals has remained difficult. Arguably, this is because of the low single to noise ratio, phototoxicity, and photobleaching of traditional potentiometric dyes. Therefore, single cell voltage measurements have long been confined to the patch clamp technique which while the gold standard, is technically demanding and low throughput. However, with the development of novel potentiometric dyes, large, fast optical responses to changes in voltage can be obtained with little to no phototoxicity and photobleaching. This protocol describes in detail how to isolate adult murine myocytes which can be used for cellular shortening, calcium, and optical voltage measurements. Specifically, the protocol describes how to use a ratiometric calcium dye, a single-excitation calcium dye, and a single excitation voltage dye. This approach can be used to assess the cardiotoxicity and arrhythmogenicity of various chemical agents. While phototoxicity is still an issue at the single cell level, methodology is discussed on how to reduce it.

We present the methodology for the isolation of murine myocytes and how to obtain voltage or calcium traces simultaneously with sarcomere shortening traces using fluorescence photometry with simultaneous digital cell geometry measurements.

İzole Murine Ventriküler Miyositlerin Optik Görüntülemesi

The ability to isolate adult cardiac myocytes has permitted researchers to study a variety of cardiac pathologies at the single cell level. While advances ...