Η φωτοακουστική μικροσκοπία οπτικής ανάλυσης (OR-PAM) αποτελεί ένα αποτελεσματικό και λειτουργικό εργαλείο απεικόνισης. Κατά το φωτοακουστικό φαινόμενο, φως απορροφάται από τα μόρια και μετατρέπεται σε θερμότητα. Η επακόλουθη θερμοελαστική διαστολή παράγει ένα ακουστικό κύμα, το οποίο ονομάζεται φωτοακουστικό κύμα. Η ανίχνευση των φωτοακουστικών κυμάτων παρέχει ποσοτικές πληροφορίες σχετικά με τις συγκεντρώσεις διάφορων χρωμοφόρων, όπως οξυγονωμένη και μη οξυγονωμένη αιμοσφαιρίνη ή μελανίνη. Γενικά, το πλάτος του φωτοακουστικού σήματος θεωρείται ότι είναι ανάλογο με το energy fluence του παλμού διέγερσης. Ωστόσο, καθώς αυξάνεται η ένταση της ακτινοβολίας της πηγής διέγερσης, η εξάρτηση του συντελεστή θερμικής διαστολής από τη θερμοκρασία και ο κορεσμός του συντελεστή απορρόφησης έχει ως αποτέλεσμα μία μετρήσιμη μη γραμμική εξάρτηση του φωτοακουστικού σήματος από την ένταση της προσπίπτουσας ακτινοβολίας. Η μη γραμμικότητα στη φωτοακουστική μικροσκοπία έχει χρησιμοποιηθεί πρόσφατα σε διάφορες εφαρμογές όπως η διαφοροποίηση οπτικών απορροφητών και η μέτρηση του κορεσμού οξυγόνου στα αγγεία in vivo.
Σε αυτή την εργασία, θεωρούμε τη μη γραμμικότητα στη φωτοακουστική μικροσκοπία ως ένα υποψήφιο μηχανισμό για τη διάκριση μεταξύ δύο διαφορετικών τύπων οπτικών απορροφητών. Πιο συγκεκριμένα, διερευνούμε πειραματικά τη γένεση μη γραμμικών φωτοακουστικών σημάτων ως ένα μέσο για το διαχωρισμό του αίματος από το μελάνι, χρησιμοποιώντας ακτινοβολία παλμικού λέιζερ στα 532 nm. Επομένως, χρησιμοποιώντας αυτή την εναλλακτική προσέγγιση, αποδείχθηκε ότι μπορεί να επιτευχθεί ένας αξιόπιστος διαχωρισμός με χρήση ενός μήκους κύματος διέγερσης, σε αντίθεση με τις κλασικές τεχνικές διαχωρισμού απορροφητών που απαιτούν δύο διαφορετικά μήκη κύματος για τον ίδιο σκοπό. Η προτεινόμενη μέθοδος θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε εφαρμογές όπως ο διαχωρισμός αιμισφαιρίνης από μελανίνη, αναβαθμίζοντας την τεχνικής της φωτοακουστικής μικροσκοπίας οπτικής ανάλυσης με ένα απλό, χαμηλό σε κόστος αλλά πάνω απ'όλα αγιόπιστο τρόπο.
(EL)
Optical resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) is an effective in vivo functional imaging tool. During photoacoustic (PA) effect, light is absorbed by molecules and converted into heat. Subsequent thermoelastic expansion generates an acoustic wave, termed as the PA wave. Detection of PA waves provides quantitative information about the concentrations of multiple chromophores such as oxygenated and deoxygenated hemoglobin molecules in red blood cells and melanin. Generally, the amplitude of the PA signal is assumed to be linearly proportional to the excitation pulse fluence. However, as the excitation laser intensity increases, the temperature dependence of thermal expansion coefficient results in a measurable nonlinear dependence of the PA signal on the excitation pulse fluence. PA nonlinearity has recently been used in several applications such as quantifying picosecond absorption relaxation times with a nanosecond laser, differentiating optical absorbers, measuring oxygen saturation in vivo, and performing label-free PA nanoscopy of biological structures having undetectable fluorescence.
In this work, we consider photoacoustic nonlinearity as a candidate mechanism to discriminate between two different types of optical absorbers. More specifically, we experimentally investigate nonlinear photoacoustic signal generation as a means of unmixing blood and ink, by employing pulsed laser radiation at 532 nm. Therefore, using this alternative approach, it was demonstrated that an accurate absorber differentiation can be achieved through single wavelength excitation, unlike the conventional linear unmixing methods requiring two different wavelengths for such a purpose. The proposed methodology could find several applications regarding the specific imaging of biological components presenting discrete nonlinear PA behavior, such as melanin and hemoglobin, upgrading significantly the potential of OR-PAM technique in a simple, low-cost and reliable manner.
(EN)
