广东工业大学 省部共建精密电子制造技术与装备国家重点实验室, 广东 广州 510006
与其他压电材料相比, 1-3型压电单晶复合材料具有优异的压电性能和更匹配的声学特性, 更有利于制备出性能优异的超声换能器。该文通过有限元软件COMSOL对复合材料的振动模态及阻抗特性进行了系统的研究, 同时采用皮秒激光制备了高频1-3型Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PMN-PT)铁电单晶/环氧树脂复合材料,并进行了性能表征。该1-3复合材料机电耦合系数为0.65, 声阻抗为19.96 MRayls。该复合材料可用于制备高频超声换能器, 结果表明, 换能器中心频率为17.68 MHz, -6 dB带宽为84.38%, 插入损耗为-25.4 dB。
1-3型压电复合材料 Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PMN-P 皮秒激光 超声换能器 有限元 1-3 piezoelectric composite Pb(In1/2Nb1/2)O3-Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-PbTiO3(PIN-PMN-P picosecond laser ultrasonic transducer finite element analysis
1 广东工业大学精密电子制造技术与装备国家重点实验室，广东 广州 510006
2 江西科技师范大学江西省光电子与通信重点实验室，江西 南昌 330038
3 广州多浦乐电子科技股份有限公司，广东 广州 510530
光声显微镜结合了光学成像的高分辨率和声学成像的组织穿透深度，在生物医学领域有着广泛的应用。随着技术的发展，其小型化系统有着新的发展机遇。然而，传统光声显微镜的光路受超声换能器的不透明影响，声-光共聚焦扫描需要复杂的模块，不利于光声系统的小型化发展。提出了基于透明超声换能器的光声显微镜，自主制作了7 MHz透明超声换能器，实现了小型化、低成本、大视场的同轴共焦成像模式。实验结果表明：基于透明超声换能器的光声显微镜，横向分辨率为18.0 μm，信噪比高达38 dB，成像范围可达16 mm×16 mm。对小鼠鼠耳皮下血管的成像实验验证了系统具有成像生物组织网络的能力。
医用光学 超声换能器 光声显微镜 生物医学应用 小型化 大视场
Author Affiliations
Abstract
1 State Key Laboratory of Precision Electronics Manufacturing Technology and Equipment, Guangdong University of Technology, Guangzhou 510006, China
2 Key Laboratory of Optic-Electronics and Communication, Jiangxi Science and Technology Normal University, Nanchang 330038, China
Photoacoustic microscopy (PAM) has quickly developed into a noninvasive biomedical imaging technique to achieve detection, diagnosis, and monitoring. Compared with Q-switched neodymium-doped yttrium aluminum garnet or optical parametric oscillator lasers, a low-cost and small-size laser diode (LD) used as an alternative light source is conducive to achieving the miniaturization and integration for preclinical transformation. However, the LD’s low peak output power needs the high numerical aperture objective to attain tight focus, which limits the working distance (WD) of the system in only 2–3 mm, resulting in not achieving the backward coaxial confocal mode. Here, we present a compact visible LD-based PAM system with a reflective objective to achieve a 22 mm long WD and a 10 µm lateral resolution. Different depth subcutaneous microvascular networks in label-free mouse ears have successfully reappeared in vivo with a signal-to-noise ratio up to 14 dB by a confocal alignment. It will be a promising tool to develop into a handy tool for subcutaneous blood vessel imaging.
photoacoustic microscopy long working distance laser diode reflective objective Chinese Optics Letters
2021, 19(7): 071701
1 江西科技师范大学光电子与通信重点实验室, 江西 南昌 330038
2 广东工业大学精密电子制造技术与装备国家重点实验室, 广东 广州 510006
光声层析成像(PAT)作为一种新兴的成像技术,以独特的免标记、高分辨率、高对比度的多尺度成像能力,在生物医学成像中备受关注,正迅速向临床试验转化。得益于超声探测技术和激光技术的快速发展,PAT系统正逐步实现实时、大视场、高分辨率、高穿透深度的组织结构和功能成像。主要综述了环形阵列式PAT系统在生物医学成像中的研究进展及其在预临床和临床实践中面对的问题。
光声层析成像 环形阵列式超声传感器 生物医学成像 激光与光电子学进展
2020, 57(12): 120004
华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所、暨激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州510631
光声成像突破了传统的光学成像和超声成像在生物组织成像领域的困境,该技术基于光声(Photoacoustic,PA)效应,脉冲激光激励下的生物组织产生超声信号,超声信号被接收后,通过反投影算法将其携带的时间信息和强度信息转化为能够反映生物组织吸收结构和分布的可视化图像.基于不同生物组织的光吸收差异,当激发光强度均匀且稳定时,光声成像反映的就是该物质对于该波长光的吸收特性.本文中,我们基于导管式的血管内光声断层扫描平台结合多波长激发的光声成像算法开发了基于光谱编码的血管内光声组分成像系统,实现了在离体血管斑块中脂质组分的定量成像,高分辨获得了脂质核心的大小形态和边界信息,表征了斑块内的脂质相对含量.
光谱编码 血管内光声成像 组分成像 spectrum encoding intravascular photoacoustic imaging component imaging
1 江西科技师范大学光电子与通信省重点实验室, 江西 南昌 330038
2 湖南工业大学理学院, 湖南 株洲 412000
3 广州多浦乐电子科技有限公司, 广东 广州 510663
采用具有价格低、体积小、寿命长、重复率高等优点的脉冲激光二极管，搭建了一套光学分辨模式的小型化光声显微成像系统，并获得了碳纤维原丝和微血管网络样品的光声显微成像。实验中，脉冲激光二极管光源由三维平移台驱动做C型扫描逐点激发，产生的光声信号由1-3复合材料超宽带超声传感器接收。实验表明，接收的光声数据信噪比可达约11 dB，该系统的横向分辨率在上一代系统样机500 μm的基础上提高到1.5 μm，有望发展成为一种低成本、实时、便携式的高分辨率光声显微成像技术。
生物光学 光声显微成像 激光二极管 光学分辨 中国激光
2014, 41(10): 1004001
1 江西科技师范大学光电子与通信省重点实验室, 江西 南昌 330038
2 湖南工业大学理学院, 湖南 株洲 412000
3 广州多浦乐电子科技有限公司, 广东 广州 510663
采用具有价格低、体积小、结构紧凑、重复率高等优点的脉冲激光二极管，搭建了一套C扫描模式的光声成像系统，并采用三维可视化光声重建技术，获得了被测样品的二维和三维光声影像。实验中，系统采用前向模式接收光声信号，激光二极管和超声探测器保持相对位置不变。实验结果表明，该成像系统横向分辨率为0.5 mm，光声信噪比可达20.6 dB，A扫描速度为0.16 s/div。该激光二极管的单脉冲能量低至14 μJ，整体体积只有10 cm×3 cm×3 cm，有望发展成为一种低成本、实时、便携式的生物组织无损光声成像系统。
生物光学 光声成像 脉冲激光二极管 三维图像重建 中国激光
2013, 40(s1): s104002
华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所，激光生命科学教育部重点实验室, 广东 广州 510631
设计了一套基于多通道并行采集的快速光声成像系统，包括超声探测器、多通道并行采集系统、短脉冲激光器、计算机组成的硬件平台，并开发了配套的上位机软件来控制系统的采集和实时成像。多通道并行采集系统包括前端模拟放大、抗混叠滤波、模数（A/D）转换、数据存储器、现场可编程门阵列(FPGA)控制和通用串行总线(USB)传输等部分，它实现了64路信号的全并行采集和数字化处理。模拟样品实验结果表明，采用多个位置的旋转扫描成像能够极大地提高图像的信噪比。因此，采用高重复频率的激光器作为激发源及多个探测器的全并行采集，有望发展成为一种实时的生物组织无损成像系统，为临床医学的无损伤检测提供了新的方法。
生物光学 光声成像系统 多通道并行采集 现场可编程门阵列 无损检测
