L’imagerie photoacoustique est une technologie de pointe qui utilise la lumière et le son pour créer des images de l’intérieur du corps. Lorsqu’un laser pulsé illumine la surface d’un tissu biologique, une partie de l’énergie des photons est absorbée par le tissu pour générer de la chaleur. L’augmentation de la chaleur provoque une dilatation thermoélastique du tissu, libérant de l’énergie sous forme d’ondes ultrasonores. En scannant l’échantillon et en collectant les signaux photoacoustiques correspondants, les chercheurs sont capables de reconstruire des images 2D ou 3D du tissu biologique.
Habituellement, les transducteurs à ultrasons collectent les signaux photoacoustiques. Mais comme les ondes sonores s’atténuent dans l’air, il est généralement nécessaire d’ajouter de l’eau ou du gel ultrasonique entre l’échantillon de tissu et le transducteur, pour assurer la sensibilité de détection du signal. Un tel contact physique ou immersion peut avoir des effets significatifs sur les échantillons biologiques, limitant considérablement l’applicabilité de l’imagerie photoacoustique conventionnelle dans de nombreux scénarios pratiques.
D’autre part, en raison des propriétés structurelles et matérielles innées des transducteurs à ultrasons, leur fréquence de réponse centrale et leur bande passante de détection sont limitées, ce qui peut réduire la sensibilité du système en termes de détection de signal à large bande. Compte tenu de ces limites, l’imagerie photoacoustique traditionnelle nécessite une mise à jour pour une recherche photoacoustique de haute qualité.
L’imagerie par télédétection photoacoustique est une nouvelle modalité d’imagerie photoacoustique. Contrairement à la détection acoustique conventionnelle utilisant des transducteurs à ultrasons, la télédétection photoacoustique utilise un autre faisceau laser pour détecter les signaux acoustiques. Plus précisément, une autre source laser est adoptée comme faisceau sonde confocal avec le faisceau d’excitation. Lorsque l’échantillon absorbe de l’énergie pour produire une pression initiale, l’indice de réfraction de la surface de l’échantillon change instantanément en raison de la modulation de l’indice de réfraction élasto-optique.
En surveillant l’intensité de réflexion du faisceau sonde, les signaux photoacoustiques correspondants peuvent être analysés. La détection entièrement optique des signaux acoustiques élimine le contact direct avec l’échantillon. Pendant ce temps, en raison de la détection optique, la bande passante de détection peut être facilement transférée du transducteur ultrasonique limité à une photodiode plus large, ce qui offre la possibilité d’améliorer encore la sensibilité de détection et le rapport signal sur bruit du système.
Sur la base des informations ci-dessus, une équipe de recherche de l’Université de Hong Kong a récemment rapporté une microscopie de télédétection photoacoustique dans le proche infrarouge pour l’imagerie sans contact des lipides. Comme décrit dans Nexus photonique avancé, la microscopie de télédétection photoacoustique de l’équipe utilise un laser à fibre dopée au thulium de 1,7 μm comme faisceau de pompe pour stimuler sélectivement la liaison C–H dans les lipides. Dans le même temps, un autre laser à onde continue (CW) de 1,5 μm est adopté comme faisceau de détection confocal avec le faisceau de pompe pour détecter la pression ultrasonore initiale. Cette détection optique des signaux ultrasonores élimine l’utilisation de transducteurs ultrasonores et réalise la télédétection des signaux photoacoustiques. Pendant ce temps, cette méthode fournit une bande passante de détection plus large et améliore la sensibilité de détection et le rapport signal sur bruit du système.
Dans leur expérience, l’équipe a d’abord démontré les résultats d’imagerie de deux formes d’échantillons de lipides purs par télédétection photoacoustique et a analysé la densité spectrale de puissance correspondante des signaux. Ils ont découvert que la méthode de détection optique pouvait fournir une réponse en fréquence plus large par rapport à un transducteur conventionnel. Ils ont également réalisé une imagerie par télédétection photoacoustique sur des échantillons biologiques, y compris des nématodes et des tranches de cerveau, qui ont montré un bon contraste et des rapports signal/bruit, démontrant une capacité d’imagerie haute performance à l’échelle tissulaire.
« La microscopie de télédétection photoacoustique permet d’obtenir une imagerie sans étiquette qui peut cibler des liaisons moléculaires spécifiques », remarque l’auteur correspondant Kenneth KY Wong, professeur d’ingénierie à l’Université de Hong Kong. Il ajoute : « La détection optique des signaux ultrasonores permet un fonctionnement sans contact et une réponse en fréquence plus large. Pendant ce temps, la microscopie photoacoustique de télédétection montre des performances élevées pour la cartographie de la distribution des lipides à l’échelle des tissus.
La technique nouvellement développée suggère un grand potentiel d’application dans une variété de recherches biomédicales.
Plus d’information:
Guyue Hu et al, Imagerie lipidique photoacoustique sans contact par télédétection sur la première harmonique de la liaison CH, Nexus photonique avancé (2023). DOI : 10.1117/1.APN.2.2.026011