Die Speckle-Beleuchtung erweist sich in der photoakustischen Mikroskopie als nützlich

Motiviert durch die Einschränkungen von Scanning-Ansätzen in der photoakustischen Mikroskopie experimentierte eine internationale Gruppe unter der Leitung von Emmanuel Bossy von der Université Grenoble Alpes mit strukturierter Beleuchtung unter Verwendung bekannter und unbekannter Speckle-Muster. Eines ihrer Experimente lieferte die erste Demonstration der Verwendung von blinder strukturierter Beleuchtung für die photoakustische Bildgebung durch einen Diffusor.

Die Forschungsergebnisse der Gruppe wurden veröffentlicht Intelligentes Rechnen.

Der Forschungsartikel kommt zu dem Schluss, dass „die photoakustische Mikroskopie viele der ursprünglich für rein optische Methoden wie die Fluoreszenzmikroskopie entwickelten strukturierten Beleuchtungsmethoden nutzen kann, indem sie einfach die Lichtdetektion durch eine akustische Detektion ersetzt.“

Eine Art der strukturierten Beleuchtung ist die Speckle-Beleuchtung, die genau so aussieht, wie sie sich anhört. Speckle-Beleuchtung gehört zu einer Klasse von Beleuchtungsmustern, die zufällig erscheinen, aber statistisch beschrieben werden können. Es kann mit Geräten erzeugt werden, die billiger und flexibler sind als die räumlichen Lichtmodulatoren, die zur Erzeugung anderer Arten von strukturierter Beleuchtung benötigt werden.

Bei biomedizinischen Anwendungen hat die Speckle-Beleuchtung zwei Vorteile. Eine besteht darin, dass das Verbreiten und somit das Verringern der Intensität der Beleuchtung die Schädigung des Zielgewebes verringern kann. Ein weiterer Grund ist, dass, wenn die Probe spärlich genug ist, die notwendigen Messungen schneller gesammelt werden können.

Einige Geräte, die für die minimalinvasive endoskopische Chirurgie verwendet werden, erzeugen ihre eigene Speckle-Beleuchtung. Frühere Forschungen schlugen vor, diese Beleuchtung zu nutzen, und demonstrierten das Prinzip mit Fluoreszenzmikroskopie, aber nicht mit photoakustischer Mikroskopie.

Die Autoren hoffen auf weitere Forschung im Bereich der photoakustischen Mikroskopie, da akustische Detektoren empfindlicher werden.

In einer Reihe von Experimenten verwendeten die Autoren drei verschiedene gängige Methoden, um photoakustische Bilder zu rekonstruieren, die unter Verwendung von Speckle-Beleuchtungsmustern erstellt wurden. Sie verwendeten einen Korrelationsansatz, einen pseudoinversen Ansatz und einen komprimierten Erfassungsansatz für jeden experimentellen Aufbau.

In einem Setup verwendeten sie einen optischen Diffusor, um die Sprenkelmuster zu erzeugen. In einem anderen Aufbau verwendeten sie eine Multimode-Glasfaser mit einem daran befestigten speziellen Glasfasersensor. In beiden Setups kalibrierten sie die Ausrüstung, um Daten zu sammeln, die zur Rekonstruktion des Bildes verwendet werden konnten.

In einer anderen Reihe von Experimenten stützten sich die Autoren auf ein Phänomen, das als optischer Gedächtniseffekt bekannt ist, der es ihnen ermöglichte, das Bild zu rekonstruieren, ohne zuerst die Ausrüstung zu kalibrieren. Die Autoren glauben, dass die Bilder, die von ihrem optischen Diffusor-Aufbau mit blinder strukturierter Beleuchtung erzeugt werden, die ersten ihrer Art sind.

Die photoakustische Bildgebung, auch optoakustische Bildgebung genannt, ist eine Technik, die den vom Ziel abgegebenen Schall misst, wenn Licht darauf fokussiert wird. Das Licht erwärmt das Ziel und verursacht eine vorübergehende Größenzunahme, die eine Schallwelle erzeugt.

Scanning-Implementierungen der photoakustischen Mikroskopie erfordern einen Sensor, um jeden Teil des Ziels in einer einfachen Sequenz zu beobachten. Ein Nachteil dieses Ansatzes ist, dass es lange dauern kann. Daher suchten die Forscher in der optischen Mikroskopie nach effizienteren Methoden, die auch im akustischen Bereich gut funktionieren könnten.

In der optischen Mikroskopie wird die Alternative zum Scannen verschiedentlich als Einzelpixelbildgebung, Geisterbildgebung, strukturierte Beleuchtung oder strukturierte Detektion bezeichnet. Was diese Verfahren im Gegensatz zu Scanverfahren gemeinsam haben, ist eine ausgefeiltere räumliche Abtaststrategie, die eine Bildrekonstruktion erfordert, nachdem Daten erfasst wurden. Frühere Forschungen haben vorgeschlagen und gezeigt, dass solche optischen Mikroskopieverfahren auch für die photoakustische Mikroskopie verwendet werden können.