【聚焦激光】光声成像应用-OPO激光器

光声成像应用概述

光声成像技术是将光学成像和超声成像的优势结合起来形成的一种新型成像技术，能够实现从细胞器到器官的体内成像，它具有高分辨率、成像速度快、成像深度大等优势。光声成像技术的基本原理是：激光脉冲能量被特定的生物组织吸收并转化为热量，生物组织会在瞬间热膨胀并迅速的恢复，这个瞬间膨胀并恢复的微小弛豫过程会导致频率落在超声波段的振动，从而可以产生被超声换能器检测到的超声，通过变化分析以生成直观的图像。由于生物组织中组分的不同响应，生成的图像会间接包含有关被检测组织的功能信息。

从光声成像应用的光源选择上，大致牵涉到如下一些指标：

1.激光能量：大致为mJ级别以上，能量越高自然激发出的超声越强，但考虑到生物组织对于激光辐射的耐受，一般控制到激光能量密度20-100mJ/cm2,而真正应用到人体检测时，肯定还需要通过繁复严格的人体安全认证。这就是现在商用光声成像系统大多是小动物成像系统的原因之一。另一方面我们也可以推知，激发用激光不是功率或能量越高越好，有时为了保护生物组织，是要对激光做扩束或衰减的。

2.脉冲宽度： 为了有效的激发光致超声，激光的脉冲宽度选择在纳秒量级较适合。而获得纳秒激光脉冲最常见有两种形式，一个是利用Q开关产生纳秒脉冲，Q开关关闭时是让激光器内部积蓄能量，而后Q开关打开是，激光就在纳秒时间内发射，优点是由于有了能量积蓄再发射的功能，输出能量高，脉冲波形好，稳定性高。缺点是成本稍高。

3.激光波长：一般会集中在可见光到近红外波段。波长的选择大致的规律是：波长越长，穿透生物组织的深度越深（这就是不断有人会尝试更长波段激发的原因）；波长越短，往往需要选择相对低的激光能量以保护组织（由于组织穿透深度相对更浅，同等的激光能量会更容易在浅表组织聚集）；第三是根据不同组织选择特定的激发波长，其中OPO激光器可以连续调谐波长是光声成像里的高端光源。如果把OPO里面的泵浦激光器（即Q开关的YAG激光器）孤立出来，也可以做光声激发，相当于放弃了OPO波长可调谐的功能，输出波长就只保留了532nm绿光和1064nm近红外；另外保留了Q开关纳秒高能量的功能，实际来看，纳秒YAG激光器因为其价格远低于OPO可调谐激光器，是光声成像实验室非常好的常规光源，从使用量上看是高于OPO可调谐激光器的。

OPOTEK公司产品有着可调谐激光器最尖端的技术：

1.环形振荡器设计比线性振荡器更稳定，更容易准直，从而晶体的错位或损坏风险更小，增加了OPOTEK公司产品的可靠性和耐久性。

2.波长快速调谐专利技术确保可以轻松产生多个波长，以成像各种生物材料。波长快速调谐专利技术还有助于减少由连续图像之间的运动引起的视野变化，从而实现对移动生物过程（如血流）更详细的成像。

3.Opolette和Phocus系列激光系统都支持选配准直工具，可以精确定位所有光学元件。

针对光生成像应用，OPOTEK公司有着一系列的产品和系统推荐：

Phocus 为专门为光声光谱设计的 OPO 激光器。Phocus 采用环形腔、I 类位相匹配，具备较高的近红外转换效率，满足生物组织光声成像的需求。Phocus Mobile 为一体式可移动高能量光声光源，具备安全自锁、光纤输出等功能，可满足临床需求；Phocus Benchtop/ Phocus Inline 则更为适合实验室使用或系统集成。