DE202018006427U1

DE202018006427U1 - Kohärenzgesteuertes photoakustisches Fernerfassen (CG-PARS)

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Publication number: DE202018006427U1
Application number: DE202018006427.0U
Authority: DE
Original assignee: Illumisonics Inc
Current assignee: Illumisonics Inc
Priority date: 2018-01-26
Filing date: 2018-09-28
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2028-09-29
Also published as: AU2018405426A1; JP2021512336A; WO2019145764A1; CA3089693A1; JP7434182B2; US20200359903A1; IL276252A; CN111742210A; EP3743709A1

Abstract

Kohärenzgesteuertes photoakustisches Femerfassungssystem zum bildlichen Darstellen eines Teils einer Probe mit optischer Auflösung, umfassend:eine oder mehrere Laserquellen, die konfiguriert sind, um mindestens einen Erregungsstrahl zu erzeugen, der an einer Erregungsposition in der Probe Signale induziert,wobei die eine oder die mehreren Laserquellen auch konfiguriert sind, um mindestens einen Befragungsstrahl zu erzeugen, der an einer Befragungsposition auf die Probe auftrifft, wobei ein Teil des mindestens einen Befragungsstrahls, der von der Probe zurückkehrt, und die erzeugten Signale anzeigt, der mindestens eine Befragungsstrahl ist;ein optisches System, das konfiguriert ist, um den mindestens einen Erregungsstrahl an einer Erregungsposition auf die Probe zu konzentrieren und/oder den mindestens einen Befragungsstrahl auf die Probe entlang eines Probenpfades an einer Befragungsposition zu konzentrieren, wobei mindestens die Befragungsposition unter der Oberfläche von und in der Probe liegt; undein Interferometer, das konfiguriert ist, um einen zurückkehrenden Teil des mindestens einen Befragungsstrahls zu isolieren, der einem Befragungsereignis der Probe entspricht.

Description

Diese Patentanmeldung beansprucht den Nutzen der Priorität unter 35 USC § 119 gegenüber der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 62/622,816 , eingereicht am 26. Januar 2018, deren Gesamtheit durch Verweis in die vorliegende Schrift aufgenommen ist.
GEBIET
Diese betrifft das Gebiet der optischen Bildgebung und insbesondere ein lasergestütztes Verfahren und System zum kontaktlosen bildlichen Darstellen von biologischem Gewebe in vivo, ex vivo oder in vitro.
STAND DER TECHNIK
Die Gesamtheiten der in der vorliegenden Schrift dargelegten US-Patente und Patentpublikationen sind ausdrücklich durch Verweis aufgenommen.
Die photoakustische Bildgebung ist eine aufkommende Hybridbildgebungstechnologie, die optischen Kontrast bei hoher räumlicher Auflösung bietet. Laserimpulse im Nano- oder Pikosekundenbereich, die in Gewebe geschossen werden, verursachen thermoelastisch-induzierte akustische Wellen, die unter Entstehung hochauflösender Bilder erfasst und rekonstruiert werden.
Die photoakustische Bildgebung wurde in mehrere Ausführungsformen entwickelt, hauptsächlich einschließlich photoakustischer Tomografie (PAT), photoakustischer Mikroskopie (PAM), die manchmal als photoakustische Mikroskopie mit akustischer Auflösung (AR-PAM) und photoakustische Mikroskopie mit optischer Auflösung (OR-PAM) bezeichnet wird. Bei der PAT werden Signale von mehreren Wandlerpositionen gesammelt und unter Bildung einer tomografischen Abbildung ähnlich einer Ultraschall-(US)- oder Röntgencomputertomografie (CT) rekonstruiert. Einer der Unterschiede zwischen PAT und den anderen beiden Modalitäten besteht darin, dass eine Annahme im Hinblick auf die Probe erfolgen muss, um die Rekonstruktion zu erleichtern; in der Regel gehört dazu eine Annahme hinsichtlich der Geschwindigkeit der akustischen Ausbreitung in der Probe. Bei der PAM wird in der Regel ein auf ein Element konzentrierter Hochfrequenzultraschallwandler verwendet, um photoakustische Signale aufzufangen, die eine akustische Fokussierung bieten. Dieser Wandler kann gemeinsam mit dem Erregungsstrahl lateral über die Probe abgetastet werden, um eine volumetrische bildliche Darstellung zu erhalten. Sowohl PAT als auch PAM werden in der Regel unter Verwendung eines nicht konzentrierten Erregungsstrahls umgesetzt. Beide Modalitäten bieten eine akustisch begrenzte Auflösung und ihre Eindringtiefe ist durch Grenzen für die optische Exposition und akustische Dämpfung der Oberfläche begrenzt. OR-PAM verwendet in der Regel sowohl eine optische als auch eine akustische Fokussierung und bietet dadurch eine weiter verbesserte Auflösung (~3 um) bei weiter verringerten Eindringtiefen (~1 mm), die jetzt durch den grundlegenden Lichttransport begrenzt sind, d. h. durch die Distanz, über die ein optischer Fokus vernünftig aufrechterhalten werden kann. In allen drei Ausführungsformen wird das akustische Signal in der Regel durch einen akustisch gekoppelten Wandler oder einen anderen akustisch- oder akusto-optischen Resonator aufgefangen. In allen Fällen kann das photoakustische Signal für verschiedene Positionen aufgezeichnet werden, um eine photoakustische 2D- oder 3D-Abbildung zu erstellen, die die optische Absorption in der Probe bei der Erregungswellenlänge darstellt. Die Amplitude der verschiedenen aufgezeichneten Spitzen impliziert die lokale optische Absorption und die relative Zeitverzögerung erlaubt Rückschlüsse auf die Tiefe anhand der Zeit, die für die akustische Ausbreitung benötigt wird.
Eine photoakustische Mikroskopie hat ein signifikantes Potential zum bildlichen Darstellen vaskulärer Strukturen von Makro- bis Mikrogefäßen gezeigt. Zudem zeigte sie sich vielversprechend bei der funktionellen und molekularen Bildgebung, einschließlich der Bildgebung von Kontrastmitteln im Nanopartikelbereich und der bildlichen Darstellung der Genexpression. Die photoakustische Bildgebung mit mehreren Wellenlängen wurde für ein spektrales Entmischen verwendet, wie etwa Darstellung der Sauerstoffsättigung im Blut, unter Verwendung bekannter Oxy- und Desoxyhämoglobin-molarer Extinktionsspektren. Da eine konventionelle photoakustische Bildgebung eine akustische Kopplung mit der Probe erfordert, ist die Technik für zahlreiche klinische Anwendungen ungeeignet, wie etwa Wundheilung, Diagnose von Verbrennungen, chirurgische Eingriffe und viele endoskopische Verfahren. Hier ist Körperkontakt, eine Kopplung oder eine Immersion unerwünscht oder unpraktisch. Einige kontaktfreie photoakustische Erfassungsstrategien wurden beschrieben.
Bis vor kurzen zeigte jedoch keine Technik eine praktische kontaktfreie In-vivo-Mikroskopie im Reflexionsmodus mit konfokaler Auflösung und optischer Absorption wie der Kontrastmechanismus. Die Mehrheit der vorhergehenden Ansätze erkannte Oberflächenoszillationen mit interferometrischen Verfahren, die unter einer mangelhaften Empfindlichkeit leiden und bei der In-vivo-Bildgebung mit hoher Qualität ineffizient waren. Ein Beispiel für ein niederkohärentes Interferometrieverfahren zum Abtasten photoakustischer Signale sollte laut Vorschlag in (Gurton et al., US-Patentpublikation Nr. 2014/0185055 ) mit einem optischen Kohärenztomografie-(OCT)-System kombiniert werden, was zu einer lateralen Auflösung von 30 µm führt. Ein weiteres System ist beschrieben in (Rousseau et al., US-Patentpublikation Nr. 2012/0200845 ) mit dem Titel „Biological Tissue Inspection Method and System“, die ein kontaktfreies System zur photoakustisches Bildgebung für eine kontaktfreie bildliche Darstellung in vivo oder ex vivo von biologischem Gewebe beschreibt, ohne dazu ein Kopplungsmittel zu benötigen. Andere Systeme verwenden ein faserbasiertes Interferometer mit optischer Amplifikation, um photoakustische Signale zu erkennen und photoakustische Abbildungen von Phantomen mit akustischer (nicht optischer) Auflösung zu erzeugen. Diese Systeme leiden jedoch unter einem schlechten Signal-Rausch-Verhältnis. Zudem wurden keine bildliche Darstellung in vivo und keine optisch aufgelöste Erregung nachgewiesen.
Eine vor kurzem beschriebene photoakustische Technologie, bekannt als photoakustische Fernerfassungs-(PARS)-Mikroskopie (Haji Reza et al., US-Patentpublikation Nr. 2016/0113507 , und Haji Reza et al., US-Patentpublikation Nr. 2017/0215738 ) war in der Lage, viele dieser Probleme hinsichtlich der Empfindlichkeit durch ihren Erfassungsmechanismus zu lösen. PARS verwendet den elasto-optischen Effekt, bei dem die großen photoakustischen Anfangsdrücke nicht triviale Modulationen in dem lokalen Brechungsindex eines Materials erzeugen. Durch Cofokussieren eines Dauerstrichbefragungsstrahls mit dem Erregungspunkt kodiert die zurückreflektierte im Zeitverlauf variierende Intensität des Befragungsstrahls Informationen im Hinblick auf diese elasto-optische Modulation, was wiederum das Ausmaß des erzeugten photoakustischen Anfangsdrucks impliziert, der direkt mit der lokalen optischen Absorption in der Probe an dem Erregungspunkt in Beziehung steht. PARS hat bis dato verbesserte Empfindlichkeits- und Auflösungseigenschaften gegenüber konventionellen kontaktbasierten OR-PAM gezeigt, mit einer lateralen Auflösung, die der einer konfokalen Mikroskopie (∼600 nm) ebenbürtig ist. In einigen Beispielen lässt sich jedoch die Tiefenempfindlichkeit verbessern. Da PARS ausschließlich gegenüber den großen photoakustischen Anfangsdrücken in der Nähe des Erregungspunktes empfindlich sein kann, deuten die Zeitdomäneninformationen nicht auf die Tiefe hin. Dies kann eine dreidimensionale optische Abtastung beim Aufzeichnen von 3D-Volumen erfordern. Da PARS in einigen Beispielen unter Verwendung einer niederkohärenten superlumineszierenden Diode (SLD) als Erfassungsquelle umgesetzt wurde, können durch Umsetzen eines niederkohärenten Interferometers einige Vorteile gezogen werden.
Die optische Kohärenztomografie (OCT) bietet ein Mittel zum Erfassen tiefenaufgelöster optischer Streuinformationen aus einer Probe. Dies wird im Allgemeinen durch die Verwendung von niederkohärenter Interferometrie erreicht. Zwei gängige Ausführungsformen der Technik umfassen einen Zeitdomänenansatz, bekannt als optische Zeitdomänenkohärenztomografie (TD-OCT), und einen Frequenzdomänenansatz, bekannt als optische Frequenzdomänenkohärenztomografie (FD-OCT) oder optische Spektraldomänenkohärenztomografie (SD-OCT). TD-OCT wird im Allgemeinen mit einer einzelnen Breitbanddauerstrichbefragungsquelle umgesetzt, die in einen Abtast- und einen Referenzpfad aufgespalten ist, wobei die gesamte Pfadlänge des Referenzpfades abgetastet wird, so dass eine niederkohärente Interferometrie in verschiedenen Tiefen entlang des Abtastpfades durchgeführt wird. Diese Modalität kann nach wie vor einen 3D-Voxel-basierten Scan zum Erfassen von Volumen erfordern. SD-OCT wird im Allgemeinen mit entweder einer Breitbandquelle oder einer Quelle mit modulierter Frequenz umgesetzt, bei der die Bildgebung im Allgemeinen mit einer festen Referenzpfadlänge erfolgt und Tiefeninformationen über Fourier-Transformation der erfassten Spektraldaten erhalten werden. Hier erfordert eine volumetrische Abtastung unter Umständen lediglich eine laterale Abtastung, da vollständige tiefenaufgelöste Informationen mit einem einzelnen Akquisitionsereignis gesammelt werden. Auf dem Gebiet der OCT wurden zahlreiche Arbeiten durchgeführt, um eine quantitative optische Absorptionsmessung bereitzustellen. Dies liegt im besonderen Interesse auf dem Gebiet der opthalmologischen Bildgebung, auf dem eine Messung der Sauerstoffsättigung um den Augenhintergrund erforderlich ist. Wenngleich es mehrere beachtenswerte Arbeiten zu diesem Thema gibt, ist der aktuelle Ansatz nach wie vor nicht in der Lage, die optische Absorption direkt zu messen (im Gegensatz zu photoakustischen Modalitäten). Vielmehr muss die optische Absorption durch Verwenden einer sichtbaren Sondenquelle abgeleitet werden, wodurch die Eindringtiefe in die Probe erheblich eingeschränkt werden kann. Die resultierende OCT-Abbildung wird auf optische Extinktionskurven angepasst, die eine optische Absorption bieten. Auf dem Gebiet der biomedizinischen bildlichen Darstellung wäre es vorteilhaft, eine Modalität mit verbesserter optischer Absorption bereitzustellen.
Es wurden mehrere beachtenswerte Versuche unternommen, um eine Umsetzung einer nicht auf PARS basierenden kontaktfreien Photoakustik und OCT mit mehreren Modalitäten bereitzustellen. Diese umfassen unter anderem (Wang, US-Patentpublikation Nr. 2014/0185055 , Johnson et al., US-Patentpublikation Nr. 2014/0275942 und Ode, US-Patent Nr. 9335253 ). Keine dieser Arbeiten bietet jedoch dahingehend dieselbe Funktionsweise, die in der vorliegenden Schrift vorgestellt wird, dass sie lediglich separat ein kontaktfreies PAT- und OCT-System vorsehen. Der vorgeschlagene Ansatz ist nicht mit vorhergehenden OCT-basierten photoakustischen Erfassungsverfahren zu verwechseln, die darauf abzielten, verbreitete akustische Wellen zu erfassen, die sich als subtile Oszillationen an der Außenfläche der Probe manifestieren. Vielmehr erfasst der vorgeschlagene Ansatz lokal durch optische Absorption induzierte Anfangsdrücke direkt an deren Ursprüngen unter der Oberfläche. Daneben ist die photoakustische Komponente jeweils dahingehend spezifisch analog zu einem PAT-System, dass eine laterale tomografische Rekonstruktion erforderlich ist und eine akustische Auflösung bereitgestellt wird.
Angesichts dieser komplementären Eigenschaften zwischen PARS und OCT gäbe es einen deutlichen Nutzen hinsichtlich der Erweiterung von PARS mit verschiedenen kohärenzgesteuerten Erfassungsmechanismen. Aus Gründen, die nachstehend erörtert werden, ergeben sich jedoch eine Vielzahl technischer Herausforderungen bei dieser Umsetzung, die in der vorliegenden Offenbarung angegangen werden.
KURZDARSTELLUNG
Gemäß einem Aspekt ist ein kohärenzgesteuertes photoakustisches Femerfassungssystem (CG-PARS) zum bildlichen Darstellen einer Struktur unter der Oberfläche in der Probe vorgesehen, bekannt als kohärenzverbesserte photoakustische Fernerfassungs-(CEPARS)-Mikroskopie, bereitstellend signifikante axiale Auflösungseigenschaften gegenüber konventionellen PARS. Dies kann durch das Einfügen eines niederkohärenten Interferometers zwischen den Abtastpfad und einem neu aufgenommenen Referenzpfad erreicht werden, wobei aufgrund der niederkohärenten Interferometrie Signale, die mit Pfadlängen assoziiert sind, die signifikant länger oder kürzer sind als die Referenzpfadlänge (verglichen mit der Kohärenzlänge der Breitbandbefragungsquelle), abgelehnt werden. Dies kann einen Erregungsstrahl, der konfiguriert ist, um Ultraschallsignale in dem Abtastpfad an einer Erregungsposition zu erzeugen; einen Befragungsstrahl, der an der Erregungsposition auf die Probe trifft, wobei ein Teil des Befragungsstrahls, der von der Probe zurückkehrt, auf die erzeugten Ultraschallsignale hindeutet; einen einzelnen Referenzpfad oder mehrere Referenzpfade, die verschiedene Phasenverschiebungen bereitstellen können, oder einen Detektor für die optische Quadratur; eine optische Kombinationsvorrichtung, um den zurückreflektierten Probenstrahl mit der einzelnen Referenz zu vergleichen, oder mehrere Kombinationsvorrichtungen, um den zurückreflektierten Probenstrahl mit den mehreren Referenzpfaden zu vergleichen; einzelne oder mehrere Detektoren zum Erfassen der kombinierten Strahlen; und eine Verarbeitungseinheit zum Auswerten der gesammelten Ergebnisse umfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt ist ein endoskopisches CEPARS vorgesehen, das signifikante axiale Auflösungseigenschaften gegenüber konventionellen endoskopischen PARS bieten kann. Dies kann ein Glasfaserkabel mit einer Eingangsseite und einer Erfassungsseite, einen Erregungsstrahl, der mit dem Eingang in das Eingangsende des Glasfaserkabels gekoppelt ist, der konfiguriert ist, um Ultraschallsignale in dem Abtastpfad an einer Erregungsposition zu erzeugen; einen Befragungsstrahl, der an der Erregungsposition auf die Probe trifft, wobei ein Teil des Befragungsstrahls, der von der Probe zurückkehrt, auf die erzeugten Ultraschallsignale hindeutet; einen einzelnen Referenzpfad oder mehrere Referenzpfade, die verschiedene Phasenverschiebungen bereitstellen können; eine optische Kombinationsvorrichtung, um den zurückreflektierten Probenstrahl mit der einzelnen Referenz zu vergleichen, oder mehrere Kombinationsvorrichtungen, um den zurückreflektierten Probenstrahl mit den mehreren Referenzpfaden zu vergleichen; einzelne oder mehrere Detektoren zum Erfassen der kombinierten Strahlen; und eine Verarbeitungseinheit zum Auswerten der gesammelten Ergebnisse umfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt ist ein CG-PARS-System zum bildlichen Darstellen einer Struktur unter der Oberfläche in der Probe vorgesehen, bekannt als kohärenzgesteuerte photoakustische Spektraldomänen-Fernerfassungs-(SDCG-PARS)-Mikroskopie, die die Fähigkeit bietet, die vollständig tiefenaufgelöste optische Absorption in einer Probe in einem einzelnen schnellen Impulszug bildlich darzustellen, wodurch die Bildgebungsgeschwindigkeiten gegenüber konventionellen PARS und dem vorstehend genannten CEPARS drastisch verbessert werden. Dies wird erreicht durch das Einbeziehen eines niederkohärenten Interferometers zwischen dem Abtastpfad und einem Referenzpfad, eines Detektors, der den Spektralgehalt der kombinierten Referenz- und Abtastpfade erfassen kann, und das Einbeziehen eines schnellen (<100 ns) Befragungsmechanismus, wie etwa eine gepulste Befragungsquelle, einer schnell modulierten Dauerstrich-(CW)-Quelle, einer Fotodiodenanordnung, schnelles Zittern usw. Dies erlaubt den Erhalt eines tiefenaufgelösten Streuprofils sowohl bevor als auch direkt nachdem die Probe einer photoakustischen Erregung unterzogen wurde. Wobei die Differenz zwischen diesen beiden Streuprofilen auf die optische Absorption hindeutet. Dies kann einen Erregungsstrahl, der konfiguriert ist, um Ultraschallsignale in dem Abtastpfad an einer Erregungsposition zu erzeugen; einen Befragungsstrahl, der an der Erregungsposition auf die Probe trifft, einen Teil des Befragungsstrahls, der von der Probe zurückkehrt, wobei das Spektrum auf die erzeugten Ultraschallsignale hindeutet; einen Referenzpfad, der verschiedene Phasenverschiebungen bereitstellen kann; und eine optische Kombinationsvorrichtung, um den zurückreflektierten Probenstrahl mit dem Referenzstrahl zu vergleichen, einen Spektrumdetektor, der aufgrund von sich selbst oder anderen Komponenten kurze Befragungszeiten (<100 ns) bereitstellen kann; und eine Verarbeitungseinheit zum Auswerten der gesammelten Ergebnisse umfassen.
Gemäß einem anderen Aspekt ist ein endoskopisches SDCG-PARS vorgesehen, das vollständig tiefenaufgelöste Erfassungen bereitstellt. Dies umfasst ein Glasfaserkabel mit einer Eingangsseite und einer Erfassungsseite, einen Erregungsstrahl, der mit dem Eingang in das Eingangsende des Glasfaserkabels gekoppelt ist, der konfiguriert ist, um Ultraschallsignale in dem Abtastpfad an einer Erregungsposition zu erzeugen; einen Befragungsstrahl, der an der Erregungsposition auf die Probe trifft, einen Teil des Befragungsstrahls, der von der Probe zurückkehrt, wobei das Spektrum auf die erzeugten Ultraschallsignale hindeutet; einen Referenzpfad, der verschiedene Phasenverschiebungen bereitstellen kann; und eine optische Kombinationsvorrichtung, um den zurückreflektierten Probenstrahl mit dem Referenzstrahl zu vergleichen, einen Spektrumdetektor, der aufgrund von sich selbst oder anderer Komponenten kurze Befragungszeiten (<100 ns) bereitstellen kann; und eine Verarbeitungseinheit zum Auswerten der gesammelten Ergebnisse.
Für andere Ausführungsformen von CEPARS und SDCG-PARS kann die Erregungsquelle eine einzelne oder mehrere Quellen umfassen, die gepulst oder CW und moduliert sind. Erregungsquellen können schmalbandig sein und eine breite Palette von Wellenlängen abdecken, oder können breitbandig sein und einzeln breitere Spektren bereitstellen. Diese Vielzahl an spektralem Erregungsgehalt bietet ein Mittel zum Umsetzen des Entmischens des spektralen Absorptionskontrastes der verschiedenen Zielarten in einer Probe. Die Befragungsquelle kann gleichermaßen eine einzelne oder mehrere Quellen umfassen, die gepulst oder CW und moduliert sind. Befragungsquellen können schmalbandig sein und eine breite Palette von Wellenlängen abdecken, oder können breitbandig sein und einzeln breitere Spektren bereitstellen. Diese Vielzahl von spektralem Befragungsgehalt bietet ein Mittel zum Kontrollieren der Extinktion (dadurch der Penetration) des Befragungsstrahls und ein Mittel zum Kontrollieren der wirksamen Kohärenzlänge, die die axiale Auflösung der Vorrichtung vorgibt. Die optische Strahlkombinationsvorrichtung kann aus einer optischen Kopplungsvorrichtung, wie etwa ein Strahlenspaltungswürfel für eine massenbasierte optische Umsetzung oder eine Faserkopplungsvorrichtung für faserbasierte Umsetzungen, oder einer beliebigen Vielzahl von Interferometern bestehen, wie etwa massen- oder faserbasiertes Michelson-Interferometer, Interferometer mit gemeinsamem Pfad (unter Verwendung von speziell gestalteten Interferometer-Objektivlinsen), Fizeau-Interferometer, Ramsey-Interferometer, Fabry-Perot-Interferometer oder Mach-Zehnder-Interferometer. Das Abtasten der Befragungsposition kann durch optisches Abtasten, wie etwa Galvo-Spiegel, MEMS-Spiegel, Resonanzscanner, Polygonscanner usw., oder durch mechanisches Abtasten entweder der Optik oder der Probe unter Verwendung von linearen oder Drehstufen mit einzelnen oder mehreren Achsen erfolgen. Die Extraktion relevanter Signaldaten kann in einer ausschließlich programmatischen Umsetzung, durch einen relevanten schaltkreisbasierten Prozessor oder durch eine beliebige Kombination der beiden durchgeführt werden.
Das CEPARS kann unter Verwendung eines einzelnen Referenzpfades umgesetzt sein, bei dem die Phasenvariation in einem Polarisationszustand gehalten wird (wie etwa zirkuläre Polarisation), oder kann erfordern, dass mehrere Erfassungen durchgeführt werden, oder kann unter Verwendung mehrerer Referenzpfade umgesetzt sein, die grundsätzlich eine Phasenvariation durch Verwendung verschiedener Pfadlängen bereitstellen. Die Erfassung der verschiedenen kombinierten Strahlen kann durch eine beliebige Art von optischem Intensitätsdetektor, wie etwa eine Fotodiode, eine ausgeglichene Fotodiode, eine Avalanche-Fotodiode usw., CCD, EMCCD, iCCD, CMOS usw. oder eine Anordnung der vorstehend genannten Detektoren erfolgen.
Die SDCG-PARS-Befragung kann unter Verwendung von entweder einer gepulsten Quelle oder einer Dauerstrichquelle umgesetzt sein, die moduliert ist, wenn eine Form von Abtast-Halt-Detektoranordnung verwendet wird, wie etwa CCD, EMCCD, iCCD usw., oder kann unter Verwendung einer Dauerstrichquelle umgesetzt sein, wenn eine Form des schnellen optischen Wechsels verwendet wird, wie etwa eine Blende oder ein optischer Schalter, oder wenn eine Detektoranordnung mit höherer Bandbreite verwendet wird, wie etwa eine Fotodiode, eine ausgeglichene Fotodiode, eine Avalanche-Fotodiode usw.
Das CEPARS unterscheidet sich dahingehend von der optischen Zeitdomänenkohärenztomografie (TD-OCT), dass es: (1) die Verwendung eines gepulsten Erregungslasers umfassen und (2) empfindlich gegenüber optischem Absorptionskontrast sein kann. CEPARS kann die Verwendung von mindestens zwei optischen Strahlen erfordern, so dass ein Strahl die Probe erregt und der andere Strahl Störungen in der Probe erfasst. Das CEPARS-System kann sich dahingehend von dem PARS unterscheiden, dass es Folgendes umfassen kann: (1) einen oder mehrere Referenzpfade, (2) ein Mittel zum Trennen der gleichphasigen (Probe ohne verzögerte Referenz) und Quadraturstrahlen (Probe mit verzögerter Referenz) und (3) ein Mittel zum Erfassen von mindestens zwei dieser Strahlen.
Das SDCG-PARS kann sich dahingehend von der optischen Spektraldomänenkohärenztomografie (SD-OCT) und PARS unterscheiden, dass es Folgendes umfassen kann: (1) die Verwendung eines gepulsten Erregungslasers, (2) die Verwendung eines gepulsten Befragungslasers oder eines schnell modulierten Dauerstrichlasers oder eines Dauerstrichlasers zusammen mit der Verwendung einer gesteuerten Kameraexposition zum Erfassen von Signalen über einen ausreichend kurzen Zeitraum, so dass die akustische Ausbreitung vernachlässigbar ist, (3) ein System zum Subtrahieren der tiefenaufgelösten Streuverteilungen vor und unmittelbar nach dem Erregungsimpuls, und dass es (4) mindestens zwei verschiedene Befragungsereignisse pro Erfassungsposition erfordern kann, so dass die Differenz zwischen den Erfassungen eine Schlussfolgerung hinsichtlich der Verteilung der tiefenaufgelösten optischen Absorption zulässt. SDCG-PARS kann die Verwendung von mindestens zwei optischen Strahlen erfordern, so dass ein Strahl die Probe erregt und der andere Strahl Störungen in der Probe erfasst.
Weitere Aspekte werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den nachfolgenden Ansprüchen ersichtlich. In anderen Aspekten können die in der vorliegenden Schrift beschriebenen Aspekte in einer beliebigen angemessenen Kombination miteinander kombiniert werden, wie ein Fachmann erkennt.
Ein kohärenzgesteuertes photoakustisches Remote-Erfassungssystem zum bildlichen Darstellen einer Struktur unter der Oberfläche in einer Probe mit optischer Auflösung kann eine Erregungsstrahlquelle, die konfiguriert ist, um einen Erregungsstrahl zu erzeugen, der Ultraschallsignale in der Probe an einer Erregungsposition induziert; eine Befragungsstrahlquelle, die konfiguriert ist, um einen Befragungsstrahl zu erzeugen, der an einer Befragungsposition auf die Probe auftrifft, einen Teil des Befragungsstrahls, der von der Probe zurückkehrt, der die erzeugten Ultraschallsignale anzeigt, wobei der Befragungsstrahl ein niederkohärenter Strahl ist; ein optisches System, das den Erregungsstrahl an der Erregungsposition auf die Probe konzentriert und den Befragungsstrahl an einer Befragungsposition auf die Probe konzentriert, wobei mindestens die Befragungsposition unter der Oberfläche von und in der Probe liegt; und ein niederkohärentes Interferometer umfassen, das einen zurückkehrenden Teil des Befragungsstrahls isoliert, der einem Befragungsereignis der Probe entspricht.
Das System kann eine Referenzstrahlquelle umfassen, die konfiguriert ist, um einen Referenzstrahl zu erzeugen, der entlang einem Referenzpfad verläuft, und wobei das niederkohärente Interferometer den zurückkehrenden Teil unter Verwendung des Referenzstrahls isoliert. Die Referenzstrahlquelle ist konfiguriert, um einen oder mehrere zusätzliche Referenzstrahlen zu erzeugen, die in Relation zu dem Referenzstrahl eine Phasenverschiebung aufweisen, und wobei das niederkohärente Interferometer den zurückkehrenden Teil unter Verwendung des Referenzstrahls und des einen oder der mehreren zusätzlichen Referenzstrahlen isoliert. Ein oder mehrere zusätzliche Referenzstrahlen sind durch mindestens eines der folgenden phasenverschoben: eine andere Pfadlänge, eine oder mehrere Wellenplatten und einen oder mehrere Zirkulatoren. Der eine oder die mehreren zusätzlichen Referenzstrahlen werden entweder parallel oder in Reihe mit dem Referenzstrahl erfasst. Der Erregungsstrahl und der Befragungsstrahl sind gepulst oder intensitätsmoduliert. Die Erregungsposition und die Befragungsposition befinden sich jeweils unter der Oberfläche von und in der Probe. Mindestens eine der Erregungsposition und der Befragungsposition liegt innerhalb von 1 mm von der Oberfläche der Probe. Mindestens eine der Erregungsposition und der Befragungsposition liegt mehr als 1 mm unter der Oberfläche der Probe. Die Erregungsposition und die Befragungsposition sind Brennpunkte, die sich mindestens teilweise überlappen. Zu dem System gehört ein Prozessor, der eine Abbildung der Probe auf Grundlage des zurückkehrenden Teils des Befragungsstrahls berechnet. Der Befragungsstrahl weist Impulse auf, die ausreichend kurz sind, so dass die akustische Ausbreitung vernachlässigbar ist. Für jede Erfassungsposition wendet das System einen Erregungsstrahl mit mehr als einer Frequenz, einer Bandbreite, einer Phasenverschiebung oder Kombination davon an. Das optische System befragt jede Befragungsposition der Probe in einem nicht erregten Zustand und nachdem ein Erregungsstrahl die Probe erregt. Die Erregungsstrahlquelle ist konfiguriert, um einen oder mehrere Erregungsstrahlen zu erzeugen, die die Probe mit einer Vielzahl von Frequenzen, einer Vielzahl von Bandbreiten oder Kombinationen davon erregen.
Ein Verfahren zum Verwenden des Systems kann das funktionelle bildliche Darstellen während eines chirurgischen Eingriffs im Gehirn; das Beurteilen von inneren Blutungen und das Überprüfen einer Kauterisierung; das bildliche Darstellen der Perfusionssuffizienz von Organen und Organtransplantaten; das bildliche Darstellen der Angiogenese um Inseltransplantate herum; das bildliche Darstellen von Hauttransplantaten; das bildliche Darstellen von Gewebegerüsten und Biomaterialien zum Bewerten der Vaskularisierung und/oder der Immunabstoßung; das bildliche Darstellen zum Unterstützen bei Mikrochirurgie; oder Steuerungsverfahren zum Vermeiden von Verletzungen an kritischen Blutgefäßen und Nerven umfassen. Ein Verfahren zum Verwenden des Systems nach dem Anspruch kann mit Fluoreszenzmikroskopie, Zweiphotonen- und konfokaler Fluoreszenzmikroskopie, kohärenter Anti-Raman-Stokes-Mikroskopie, Raman-Mikroskopie oder optischer Kohärenztomografie kombiniert werden.
Zu dem Verfahren kann das bildliche Darstellen der Mikrozirkulation oder das bildliche Darstellen der Blutoxygenierungsparameter mit dem System gehören.
Ein Endoskop kann das System umfassen.
Ein chirurgisches Mikroskop kann das System umfassen.
Ein Verfahren zum Femerfassen einer Probe kann die folgenden Schritte umfassen: Bereitstellen eines kohärenzgesteuerten photoakustischen Femerfassungssystems, umfassend einen Erregungsstrahl und einen Befragungsstrahl, wobei der Befragungsstrahl ein niederkohärenter Strahl ist; Verursachen, dass der Erregungsstrahl Ultraschallsignale in der Probe an einer Erregungsposition induziert; Verursachen, dass der Befragungsstrahl die Probe an einer Befragungsposition befragt, wobei ein Teil des Befragungsstrahls von der Probe zurückkehrt, der die erzeugten Ultraschallsignale anzeigt, wobei die Befragungsposition unter der Oberfläche der und in der Probe liegt; Verwenden eines niederkohärenten Interferometers zum Isolieren des zurückkehrenden Teils des Befragungsstrahls, um ein Befragungsereignis der Probe zu erreichen.
Das Verfahren umfasst zudem einen Referenzstrahl, der entlang einem Referenzpfad verläuft, und wobei das niederkohärente Interferometer den zurückkehrenden Teil unter Verwendung des Referenzstrahls isoliert. Das Verfahren umfasst zudem den Schritt der Bereitstellung eines oder mehrerer zusätzlicher Referenzstrahlen, die in Relation zu dem Referenzstrahl eine Phasenverschiebung aufweisen, und wobei das niederkohärente Interferometer den zurückkehrenden Teil unter Verwendung des Referenzstrahls und des einen oder der mehreren zusätzlichen Referenzstrahlen isoliert. Der eine oder die mehreren zusätzlichen Referenzstrahlen sind durch mindestens eines der folgenden phasenverschoben: eine andere Pfadlänge, eine oder mehrere Wellenplatten und einen oder mehrere Zirkulatoren. Der eine oder die mehreren zusätzlichen Referenzstrahlen werden entweder parallel oder in Reihe mit dem Referenzstrahl erfasst. Der Erregungsstrahl und der Befragungsstrahl sind gepulst oder intensitätsmoduliert. Die Erregungsposition und die Befragungsposition befinden sich jeweils unter der Oberfläche von und in der Probe. Mindestens eine der Erregungsposition und der Befragungsposition liegt innerhalb von 1 mm von der Oberfläche der Probe. Mindestens eine der Erregungsposition und der Befragungsposition liegt mehr als 1 µm unter der Oberfläche der Probe. Die Erregungsposition und die Befragungsposition sind Brennpunkte, die sich mindestens teilweise überlappen. Das Verfahren umfasst zudem den Schritt der Berechnung einer Abbildung der Probe auf Grundlage des zurückkehrenden Teils des Befragungsstrahls. Der Befragungsstrahl weist Impulse auf, die ausreichend kurz sind, so dass die akustische Ausbreitung vernachlässigbar ist. Für jede Erfassungsposition wird der Erregungsstrahl so betrieben, dass er mehr als eine Frequenz, Bandbreite, Phasenverschiebung oder Kombination davon bereitstellt. Das Verfahren umfasst zudem den Schritt der Befragung jeder Befragungsposition in einem nicht erregten Zustand und nachdem der Erregungsstrahl die Probe erregt. Der Erregungsstrahl umfasst einen oder mehrere Erregungsstrahlen, die die Probe mit einer Vielzahl von Frequenzen, einer Vielzahl von Bandbreiten oder Kombinationen davon erregen.
Figurenliste
Diese und andere Merkmale werden anhand der nachstehenden Beschreibung ersichtlicher, in der ein Verweis auf die beigefügten Zeichnungen erfolgt, wobei die Zeichnungen lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung dienen und nicht einschränkend sein sollen, wobei:
In diesem Patentdokument wird das Wort „umfassend“ in seinem nicht einschränkenden Sinn verwendet, so dass es bedeutet, dass im Text vorhandene Elemente, auf welche sich das Wort bezieht, eingeschlossen sind, ohne dass Elemente, die nicht ausdrücklich genannt werden, ausgeschlossen sind. Ein Verweis auf ein Element durch den unbestimmten Artikel „ein“, „einer“, „eine“, „eines“, „einen“ oder „einem“ erfordert nicht, dass es nur eines der Elemente gibt.
Der Umfang der nachstehenden Patentansprüche sollte nicht durch die in den vorstehenden Beispielen und in den Zeichnungen dargelegten bevorzugten Ausführungsformen beschränkt werden, sondern sollte die umfassendste Auslegung aufweisen, die mit der Beschreibung als Ganzes vereinbar ist.

1 zeigt eine schematische Übersicht des Erregungspfades.
2 zeigt eine schematische Übersicht des Befragungspfades.
3 zeigt eine schematische Ansicht der Umsetzung der optischen Quellen.
4 zeigt eine schematische Ansicht einer anderen Umsetzung der optischen Quellen.
5 zeigt eine schematische Ansicht einer Umsetzung einer Strahlkombinationsvorrichtung.
6 zeigt eine schematische Ansicht einer anderen Umsetzung einer Strahlkombinationsvorrichtung.
7 ist eine grafische Veranschaulichung des PARS-Mechanismus.
8 ist eine grafische Veranschaulichung von CEPARS-Signalen.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Bildgebungsverfahrens für CEPARS.
10 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Systemlayouts für ein CEPARS (parallel).
11 ist eine schematische Ansicht eines anderen beispielhaften Systemlayouts für ein CEPARS (parallel).
12 ist eine schematische Ansicht eines noch anderen beispielhaften Systemlayouts für ein CEPARS (in Reihe).
13 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften endoskopischen Systemlayouts für ein CEPARS.
14 ist eine grafische Veranschaulichung eines Umrisses des SDCG-PARS-Erfassungsmechanismus, die hauptsächlich die relative Zeit hervorhebt, mit der wichtige Verfahren ausgeführt werden.
15 ist eine grafische Veranschaulichung und Vergrößerung eines Beispiels eines SDCG-PARS-Spektrums sowohl vor als auch nach der photoakustischen Erregung.
16 ist ein Ablaufdiagramm eines Bildgebungsverfahrens für SDCG-PARS
17 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften Systemlayouts für ein SDCG- PARS.
18 ist eine schematische Ansicht eines beispielhaften endoskopischen Systemlayouts für ein SDCG-PARS
19 ist eine schematische Ansicht eines Systemlayouts für ein CEPARS mit Quadratur-Interferometer.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt eine Übersicht auf hoher Ebene des Erregungspfades. Dieser besteht hauptsächlich aus einer optischen Erregungsquelle (1), einem optischen Abtastsystem (2) und Fokussieroptik (3), wie etwa eine Objektivlinse, die das Licht auf die Probe (4) konzentriert. Sinn und Zweck des Erregungspfades bestehen darin, die Erregungsquelle auf die Probe zu leiten, um in der Probe eine photoakustische Erregung hervorzurufen.
2 zeigt eine Übersicht auf hoher Ebene des Befragungspfades. Im Allgemeinen besteht dieser aus einer optischen Befragungsquelle (5), einer optischen Kombinationsvorrichtung (6), einem optischen Referenzpfad (7), einem optischen Detektor (8) und ist auf dasselbe optische Abtastsystem (2), dieselbe Fokussieroptik (3) und die Probe (4) ausgerichtet wie in 1. Der Hauptzweck des Befragungspfades besteht darin, einen Teil der Befragungsquelle auf die Probe zu leiten, wobei ein anderer Teil auf den Referenzpfad geleitet wird, um eine gewünschte Referenzpfadlänge bereitzustellen und den Strahl von dem Probenpfad und dem Referenzpfad zu kombinieren, um eine niederkohärente Interferometrie an der Strahlkombinationsvorrichtung durchzuführen. Diese kombinierten optischen Signale werden anschließend entsprechend an dem Detektor verarbeitet, um gewünschte Informationen zu extrahieren.
3 zeigt eine mögliche Umsetzung der (1) Erregungsquelle oder der (5) Befragungsquelle, die aus einer oder mehreren gepulsten oder modulierten optischen Strahlungsquellen (101) mit einer oder mehreren optischen Wellenlängen (1, 2, ..., N) besteht, die an ihren jeweiligen Ausgängen über Fasern miteinander gekoppelt (102) sind. Die optischen Fasern können eines beliebigen Typs sein, wie etwa Multimodus, Einzelmodus, die Polarisierung erhaltend, nicht linear usw.
4 zeigt eine andere mögliche Umsetzung der (1) Erregungsquelle oder der (5) Befragungsquelle, die aus einer oder mehreren gepulsten oder modulierten optischen Strahlungsquellen (101) mit einer oder mehreren optischen Wellenlängen (1, 2, ..., N) besteht, die durch Optik im freien Raum (103) miteinander gekoppelt sind, wie etwa Strahlenkombinationsvorrichtungen oder dichroitische Spiegel.
5 zeigt eine mögliche Umsetzung der (6) Strahlkombinationsvorrichtung, die aus einer (11) faserbasierten Vorrichtung besteht, wie etwa ein faserbasiertes Interferometer oder eine faserbasierte Koppelvorrichtung.
6 zeigt eine andere mögliche Umsetzung der (6) Strahlkombinationsvorrichtung, die aus einer (10) optischen Strahlkombinationsvorrichtung im freien Raum in einem Michelson-Interferometer-Layout besteht. Es ist zu beachten, dass andere Interferometer-Layouts im freien Raum verwendet werden können, wie etwa Interferometer mit gemeinsamem Pfad (unter Verwendung von speziell konzipierten Interferometer-Objektivlinsen), Fizeau-Interferometer, Ramsey-Interferometer, Fabry-Perot-Interferometer und Mach-Zehnder - Interferometer.
7 hebt Aspekte des PARS-Mechanismus hervor. Nach der Absorption eines ausreichend kurzen Erregungsimpulses (so dass Wärme- und Stresseinschlussbedingungen erfüllt sind, in der Regel kürzer als 100 ns) erfolgt eine schnelle Erwärmung proportional zu der lokalen optischen Absorption bei der Erregungswellenlänge. Diese Erwärmung führt wiederum zu signifikanten Drücken, die als photoakustische Anfangsdrücke bekannt sind, durch wärmeelastische Ausdehnung nach p₀ ≈ η_thΓϕµ_a, wobei η_th ein Faktor für die Umwandlungseffizienz ist, Γ eine Materialeigenschaft ist, die bekannt ist als der Grüneissen-Parameter, (f) die fokale Fluenz des Erregungsstrahls ist und µ_a die optische Absorption des Mediums bei der bestimmten Erregungswellenlänge ist. Diese Drücke können erheblich sein und 100 MPa für Erregungsimpulse innerhalb der optischen Expositionsgrenzen nach ANSI ohne Weiteres überschreiten. Diese nicht trivialen Drücke können zu Modulationen δn in dem lokalen Brechungsindex n₀ durch die elasto-optische Wirkung nach $n * = n_{0} + δ n = n_{0} + (\in n_{0}^{3} p_{0}) / (2 {pv}_{s}^{2})$
führen, wobei n* das neue Profil des Brechungsindex ist, ∈ der elasto-optische Koeffizient ist, ρ die Massendichte ist und v_s die Geschwindigkeit der akustischen Ausbreitung ist. In bestimmten Ausführungsformen zur Bildgebung mittels PARS können diese Modulationen des Brechungsindex unter Verwendung eines Dauerstrichbefragungsstrahls gemessen werden, der auf die Erregungsposition cofokussiert ist. Dies wird als die Gesamtintensität erfasst, die an einer Fotodiode gemessen wird, so dass alle Phaseninformationen aus dem Befragungsspektrum abgelehnt werden. Dies kann ohne Weiteres als eine Änderung der Reflektivität ΔR von der Befragungsposition dargestellt sein, wobei es sich um die Differenz zwischen der gestörten Reflektivität $R * = {| \frac{n_{1} + δ n - n_{2}}{n_{1} + Δ n + n_{2}} |}^{2}$
und der ungestörten Reflektivität $R = {| \frac{n_{1} - n_{2}}{n_{1} + n_{2}} |}^{2}$
zwischen den beiden Medien n₁ handelt, und n₂ so dass wir für kleine Störungen δn (die selbst proportional zu der optischen Absorption µ_a sind) die ungefähre Beziehung erhalten ΔR ∝ δn(n₁ - n₂ (Haji Reza et al., Light: Science & Applications, Ausgabe 6, Seite 16278 (2017), dessen Gesamtheit durch Bezugnahme in die vorliegende Schrift aufgenommen wird). Eine Auslegung dieses Ergebnisses besteht darin, dass die Intensität der Reflektivität von einer erregten Schnittstelle direkt mit dem inhärenten Streukontrast (n₁ - n₂) und der optischen Absorption in Zusammenhang steht.
Bei CEPARS kann es wünschenswert sein, Signale auszuschließen, deren Ausgangspunkt weit von dem Fokus entfernt liegt. Bis dato wurden bei konventionellen PARS-Ausführungsformen die axialen Eigenschaften ausschließlich durch den optischen Abschnitt bereitgestellt, der durch die Fokussieroptik bereitgestellt wurde. Es wurde jedoch durch Versuche festgestellt, dass die axiale Leistung ohne Weiteres um einiges schlechter sein kann als dieser Wert. Um dies zu verbessern, kann CEPARS eine niederkohärente Interferometrie hinzufügen, so dass Signale, deren Ursprung in einer Pfadlänge liegt, die signifikant länger oder kürzer (definiert durch die Kohärenzlänge der Befragungsquelle) ist als die Referenzpfadlänge, ausgeschlossen werden. Anders ausgedrückt, können Signale, deren Ursprung in einer Pfadlänge liegt, die einen Grenzwert überschreitet, bei dem es sich nicht um die Referenzpfadlänge handelt, ausgeschlossen werden. Dies führt jedoch zu einer Uneindeutigkeit in dem empfangenen Signal, da die beiden Pfade nach wie vor ein Signal bereitstellen können, das eine gewisse dekonstruktive Interferenz durchlaufen hat. Um dies zu bekämpfen, erfasst CEPARS mehrere (mindestens zwei) niederkohärente Interferometriesignale, die verschiedene Referenzpfadlängen umfassen. Ein Beispiel bestünde darin, die Hälfte des Probensignals mit einem Referenzpfad zu vergleichen und die andere Hälfte des Probensignals mit einem Referenzpfad zu vergleichen, bei dem die Phase um π/2 verschoben wurde. Für eine vollständige Charakterisierung des empfangenen Signals sind mindestens vier Komponenten mit entsprechender Phasenverschiebung, wie etwa 0, π/2, π und 3π/2 erforderlich, die sich aus einer Quadratur-Interferometrie ergeben. Dies würde eine gleichzeitige Extraktion sowohl eines gleichphasigen als auch eines Quadratursignals durch Ablehnen unerwünschter Selbstinterferenzeffekte und Referenzpfadsignale erlauben, so dass die phasenabgeleitete Uneindeutigkeit beseitigt werden kann.
8 (CEPARS-Signale) zeigt ein Beispiel für die vorstehend beschriebenen Signale. Wenn wir davon ausgehen, dass eine einzelne optische Streuvorrichtung an einer Position in dem Probenpfad angeordnet ist (E_s(t,v)), und die mittlere Referenzpfadlänge um dieselbe Distanz abgetastet wird, werden die folgenden zwei Signale erfasst: für Interferenz zwischen dem Referenzpfad 1 (E_r(t, v)) (keine zusätzliche Verzögerung) würde das entsprechende gemessene Intensitätssignal verarbeitet, um I_i(t) ≈ ∫ |E_s + E_r|²dv - I_c gleichermaßen bereitzustellen, für Interferenz zwischen Referenzpfad 2 (E_r2(t, v)) (π/2 zusätzliche Verzögerung) würde das entsprechende gemessene Intensitätssignal verarbeitet, um I_q(t) ≈ ∫ |E_s + E_r2 |²dv - I_c bereitzustellen, wobei I_c eine Kalibrierungsintensität ist, v die optische Frequenz ist und E_s, E_r, E_r2 laut Auffassung einen breit gefassten spektralen Gehalt aufweisen. Es ist zu beachten, dass es sich um einen Näherungswert handelt, da von geringen Selbstinterferenzeffekten in der Probe ausgegangen wird. Diese Signale durchlaufen anschließend eine Hochpassfilterung, um den restlichen mittleren Signalversatz zu entfernen, sie werden gleichgerichtet, abschließend werden ihre Quadrate unter Entstehung des finalen Zeitdomänensignals Sig(t) addiert. Diese Schritte sind in 9 hervorgehoben. Um Sig(t) ohne Näherung oder Kalibrierung zu erfassen, kann eine vollständige Quadratur-Erfassung umgesetzt werden, die ein Maß beispielsweise für I₀, I_π/2, I_π, I_3π/2 bereitstellt, was Verzögerungen zwischen dem Probenpfad und dem Referenzpfad von 0, π/2, π bzw. 3π/2 entspricht. Von hier kann die vollständige niederkohährente optische Quadratur ermittelt werden als Sig(t) (I₀ - I_π)² + (I_π/2- I_3π/2)². Dieser Prozess erlaubt den Erwerb der niederkohärenten Informationen innerhalb kurzer Zeit. Dies steht im Gegensatz zu anderen niederkohärenten Verfahren, wie etwa optische Zeitdomänenkohärenztomografie (TD-OCT), die im Allgemeinen unter Umständen ein axiales Abtastern über die Streuvorrichtung erfordern, um die Probe entsprechend zu charakterisieren. Ein derartiger TD-OCT-Ansatz wäre zum Erfassen des PARS-Mechanismus größtenteils deswegen unwirksam, da Probleme im Zusammenhang mit der Akquisitionszeit und Bedenken hinsichtlich der Wiederholbarkeit bestehen.
10 hebt eine mögliche Implementierung von CEPARS hervor. Eine polarisierte Befragungsquelle (1001) wird in eine Strahlsplitter (1008) gespeist, der einen Teil des Strahls in Richtung Probenpfad und einen anderen Teil in Richtung Referenzspiegel (1005) lenkt. Der Probenpfad der Befragung wird anschließend mit dem Erregungspfad unter Verwendung eines geeigneten dichroitischen Spiegels (1009) kombiniert. Die beiden Strahlen werden unter Verwendung einer Reihe von Abtastspiegeln (1019) und einer Objektivlinse (1020) anschließend auf die Probe (1022) gelenkt. Hier kann das Abtasten zudem unter Verwendung einer mechanischen Abtaststufe (1021) durchgeführt werden, um Sichtfeldbegrenzungen des Objektivs zu überwinden. Der Referenzpfad durchläuft zweimal eine achte Wellenplatte (1006) und stellt dadurch einen zirkulären polarisierten Zustand bereit, in dem die Pfadlänge insgesamt durch die Position des Referenzspiegels gesteuert wird. Dieser zirkuläre polarisierte Zustand wird die beiden gewünschten Referenzphasen grundsätzlich bereitstellen. Der lineare polarisierte Probenpfad, der von der Probe zurückkehrt, wird anschließend mit dem zirkulären Referenzpfad an dem Strahlsplitter kombiniert. Überschüssiges Erregungslicht, das durch den dichroitischen Spiegel übertragen wurde, wird durch die Verwendung eines engen Filters (1010) weiter abgewiesen. Abschließend werden die beiden Polarisierungszustände unter Verwendung eines polarisierten Strahlsplitters (1013) aufgeteilt und es erfolgt anschließend eine einzelne Erfassung. Da diese Vorrichtung grundsätzlich empfindlich gegenüber einer polarisierungsabhängigen Streuung in der Probe sein wird, kann es unter Umständen erforderlich sein, die bestimmte Befragungsposition zunächst bei blockiertem Referenzpfad zu charakterisieren, so dass die relativen empfangenen Werte entsprechend angepasst werden können.
11 hebt eine weitere mögliche Implementierung von CEPARS hervor. Diese Umsetzung umfasst hauptsächlich faserbasierte Optik und nutzt eine zufällig polarisierte Befragungsquelle, um eine polarisierungsabhängige Empfindlichkeit an der Probe zu vermeiden. Die Befragungsquelle (1101) wird zwischen dem Referenzpfad und dem Probenpfad entsprechend der vorstehenden Beschreibung aufgeteilt (1110). Hier wird der Referenzpfad weiter aufgeteilt (1114), um die gewünschten zusätzlichen Phasenverschiebungen bereitzustellen. Polarisierungsunabhängige Zirkulatoren (1113, 1115, 1116) leiten die Referenzpfade (R1, R2) anschließend in Richtung jeweiliger Strahlkopplungsvorrichtungen (1106, 1107) um, wo sie mit Komponenten des Probenpfades (S1, S2) kombiniert werden.
12 hebt eine weitere mögliche Umsetzung von CEPARS hervor. Diese Umsetzung umfasst eine serielle Erfassung im Gegensatz zu denjenigen, die in den 10 und 11 dargestellt sind, die eine parallele Erfassung verwenden. Serielle CEPARS benötigen unter Umständen nur ein einziges niederkohärentes Interferometer, können jedoch mehrere Erfassungen erfordern. Zudem müssen anschließende Erfassungen mit einer geänderten Referenzpfadlänge vorgenommen werden. Beispielsweise kann eine doppelte Erfassung eine Erfassung mit einer π/2 Phasenverschiebung in Relation zu einer ersten Erfassung erfordern, die durch einen piezo-montierten Spiegel (1205) bereitgestellt wurde. So können die gleichphasigen und Quadraturdaten nach wie vor erfasst werden.
13 hebt noch eine weitere mögliche Umsetzung von CEPARS hervor. Diese Umsetzung umfasst eine serielle Erfassung wie diejenige, die in 12 dargestellt ist. Anstatt der direkten Fokussierung auf eine Probe mit einer Optik im freien Raum werden hier jedoch von dem Erregungs- und Probenpfad der Befragungsstrahlen in einer Faser gekoppelt, die durch eine endoskopische Sonde geführt wird. An dem distalen Ende werden eine optische Fokussierung durch eine GRIN-Linse (1327) und eine optische Abtastung durch einen Satz MEMS-Spiegel (1319) bereitgestellt. Dies stellt eine kompakte Umsetzung dar, mit der schwierige Stellen erreicht werden können.
19 hebt noch eine weitere mögliche Umsetzung von CEPARS hervor. Diese Umsetzung verwendet einen vollständigen optischen Quadratur-Erfassungspfad. Im Gegensatz zu anderen und einfacheren beschriebenen Architekturen erfordert diese Ausführungsform unter Umständen keine zusätzliche Kalibrierung, keine Annahme von Selbstinterferenztermen und keine mehreren Erfassungsereignisse, wodurch eine vollständigere Charakterisierung des Gewebes bereitgestellt wird. Die Erfassungspfade umfassen immer eine Befragungsquelle (1901), die polarisiert (1905) und aufgeteilt (1903) ist. Der Probenpfad überträgt durch einen polarisierungsempfindlichen Splitter (1923), ist zirkulär polarisiert (durch eine Viertelwellenplatte 1925), mit dem Erregungspfad kombiniert (an dem dichroitischen Spiegel 1926) und auf die Probe gerichtet. Der zurückreflektierte Teil wird zurück in einen linearen Polarisierungszustand gewandelt (an der Viertelwellenplatte 1925), bei diesem wird die restliche Erregung durch ein Filter (1924) entfernt und das Licht passiert erneut eine lineare Polarisierungsvorrichtung (1922), um einen sauberen Polarisierungszustand sicherzustellen. Der Referenzpfad besteht aus einem ähnlichen nicht reziproken Pfad unter Verwendung einer Viertelwellenplatte (1910) und PBS (1911). Eine Dispersionszelle (1909) kann hinzugefügt werden, um eine Dispersion des Probenpfades auszugleichen. Die Länge dieses Pfades kann durch Ändern der Position des Referenzspiegels (1908) für eine entsprechende Tiefenauswahl in der Probe gesteuert werden. Dieses Licht ist zirkulär polarisiert (durch die Viertelwellenplatte 1912), was zu einer π/2 Phasenverschiebung entlang einer Achse beiträgt, und mit dem Probenpfad in einem nicht polarisierenden Splitter (1917) wieder zusammengeführt. Diese beiden Pfade, die sich zu mehreren Polarisierungszuständen zusammensetzen, sind zudem in zwei PBS (1916, 1921) getrennt, was die gewünschten Kombinationen aus Phasenverschiebungen in dem Probenpfad und dem Referenzpfad für eine vollständige Quadraturerfassung über vier Sensoren (1913, 1915, 1918, 1920) ergibt. Die Sensoren 1913, 1915, 1918 und 1920 können optische Sensoren sein, wie etwa beispielsweise eine einzelne Fotodiode, eine Ansammlung von Fotodioden, CCD usw. Anschließend werden die erfassten Daten verarbeitet, um die Informationen zur Quadratur der PARS-Modulation zu erhalten.
In einigen Ausführungsformen von SDCG-PARS besteht ein Ziel darin, ein vollständiges tiefenaufgelöstes optisches Absorptionsprofil einer Probe bereitzustellen, ohne dafür eine axiale optische Abtastung zu benötigen. Konzeptionell ist dies ähnlich der Funktionsweise einer SD-OCT. Die Techniken unterscheiden sich jedoch hochgradig voneinander. Zunächst wird davon ausgegangen, dass der optische Abschnitt als eine Ansammlung von idealen Reflektoren in einer beliebigen räumlichen Verteilung betrachtet werden kann (in z-Richtung), so dass eine Darstellung als r_s(z) ermöglicht wird. Durch Befragen der Probe mit einer Reihe optischer Frequenzen, in der Regel entweder als eine bestrichene Quelle oder eine stationäre Breitbandspektrumquelle umgesetzt, kann ein jeweiliges Reflektionsspektrum erfasst werden. Dazu gehört das Kombinieren des zurückreflektierten Lichts aus der Probe mit einer Referenz, so dass die Interferenzstreifen jetzt die Positionen der optischen Streuvorrichtungen in dem optischen Abschnitt codieren. Die Rückgewinnung der räumlichen Reflektionsverteilung umfasst anschließend lediglich das Durchführen einer Frequenztransformation an dem erfassten Spektrum. Da der PARS-Mechanismus eine Modulation der optischen Streueigenschaften in einer Probe umfasst, wobei diese Modulationen Positionen der optischen Absorption entsprechen, entspricht durch Vergleichen der Verteilung von Streuvorrichtungen sowohl vor als auch direkt nach der photoakustischen Erregung durch einen Ausführungsimpuls die Differenz an einer bestimmten Position jetzt den PARS-modulierten Regionen, die optisch absorbierend sind. Wenngleich Detektoren mit hoher Bandbreite ideal sind für eine derartige Aufgabe, können sie sich für die Umsetzung als hochgradig unpraktisch erweisen, und als solches gibt es eine hohe Erfordernis an einem Mittel zum Bereitstellen dieser beiden verschiedenen Befragungen. Ein vorgeschlagenes Verfahren besteht in der Verwendung eines kurzen (<100 ns) gepulsten oder modulierten Befragungslasers, der wirksam eine kurze Befragungszeit an einem niedrigeren Bandbreitendetektor erzwingen kann, wie etwa eine CCD-Anordnung, indem die Zeitdauer verringert wird, während der zurückreflektiertes Licht von der Probe auf die Anordnung trifft. Dieses Verfahren erlaubt eine angemessene Steuerung der relativen zeitlichen Abfolge der Erregungs- und Befragungsimpulse und der Dauer der Befragungszeit.
14 zeigt ein Beispiel für die relative zeitliche Abfolge zwischen den Reflektivitätseigenschaften einer bestimmten Wellenlänge in der Probe und den Erregungs- und Befragungsimpulsen. Der zweite Befragungsimpuls, der der erregten Probe entspricht, muss zeitlich so erfolgen, dass er die gestörte Probe vollständig ausnutzt. Diese genaue zeitliche Abfolge variiert angesichts aller verfügbaren Parameter wie die betrachtete Probe, die Zeitentwicklungseigenschaften der Erregung und die Zeitentwicklungseigenschaften der Befragung signifikant. Im Allgemeinen beträgt die ansteigende Flanke der Befragung weniger als 1µs im Vergleich mit der ansteigenden Flanke der Erregung. Die Dauer des Befragungsimpulses beträgt ebenfalls weniger als 1µs.
15 zeigt ein Beispiel für zwei erfasste Spektren. Eines der Spektren ist mit einem ungestörten Befragungsereignis assoziiert und das andere ist mit einem erregten Befragungsereignis assoziiert. Die kleinen Unterschiede Δn zwischen den Spektren sind mit den PARS-modulierten Regionen assoziiert.
16 zeigt ein Ablaufdiagramm der Erfassung und Verarbeitung im Zusammenhang mit SDCG-PARS. Die beiden erfassten Spektren werden zunächst mit dem ursprünglichen Spektralgehalt S(v) entfaltet. Hier können andere Verarbeitungsschritte ergriffen werden, um die Auswirkungen von Rauschen und andere unerwünschte Wirkungen zu verringern. Die Spektren werden anschließend in eine physikalische Verteilung zurück gewandelt, die die relative Intensität der optischen Streuung bei einer bestimmten Tiefe r_s(z) darstellt. Die Hüllkurve jeder Streuverteilung wird erfasst und anschließend werden die beiden Hüllkurven unter Bildung einer SDCG-PARS-A-Linie voneinander subtrahiert. Eine der beiden ursprünglichen Hüllkurven kann zudem verwendet werden, um eine konventionelle SD-OCT-A-Linie herzustellen.
17 zeigt ein beispielhaftes System für ein faserbasiertes SDCG-PARS. Eine gepulste Befragungsquelle (1701) wird aufgeteilt (durch einen Splitter 1703), so dass ein Teil an einem Detektor (1704) erfasst wird, um die Konsistenz zwischen Impulsen zu charakterisieren. Der andere Teil wird in einen Probenpfad und einen Referenzpfad aufgeteilt. Der Referenzpfad ist auf einen Referenzspiegel (1711) gerichtet, so dass die Gesamtpfadlänge etwa der Gesamtlänge des Probenpfades ähnelt, was eine niederkohärente Interferometrie ermöglicht. Der Probenpfad ist mit der gepulsten Erregungsquelle über einen Multiplexer (1713) kombiniert. Die beiden Strahlen werden anschließend entlang der Oberfläche der Probe mit einem Satz Galvanometer-Spiegel (1725) und einer entsprechenden Objektivlinse (1726) abgetastet. Das zurückreflektierte Licht von dem Referenzpfad und dem Probenpfad wird anschließend in einer Faserkoppelvorrichtung (1706) kombiniert, so dass sie einander überlagern. Dieses resultierende Licht wird anschließend in ein CCDbasiertes Spektrometer (1705) geleitet, um die Spektren zu erfassen.
18 zeigt ein weiteres Beispiel für ein SDCG-PARS, hier mit einer endoskopischen Umsetzung. Der Hauptunterschied zwischen dieser und der vorhergehenden Ausführungsform besteht darin, dass nach dem Multiplexer (1813) die kombinierten Strahlen in ein endoskopisches Gehäuse (1812) geleitet werden. Die Anordnung des finalen Fokus wird nun durch die Verwendung einer GRIN-Linse (1815) an dem distalen Ende der Faser kontrolliert, die durch einen MEMS-Spiegel (1816) fokussiert, der eine laterale Abtastung der Befragungsposition an der Probe (1817) bietet.
Es ist offensichtlich, dass andere Beispiele mit anderen Komponenten gestaltet werden können, um ähnliche Ergebnisse zu erreichen. Andere Alternativen können Quellen mit verschiedenen Kohärenzlängen, die Verwendung von ausgeglichenen Fotodetektoren, Befragungsstrahlmodulation, die Einbeziehung von optischen Verstärkern in den Rücksignalpfad usw. umfassen.
Im Rahmen von Versuchen zur Bildgebung in vivo ist kein Mittel oder Ultraschallkopplungsmedium erforderlich. Das Ziel kann jedoch mit Wasser oder einer beliebigen Flüssigkeit hergestellt werden, wie etwa Öl, bevor eine kontaktfreie Bildgebung stattfindet. Es ist kein spezieller Halter oder keine spezielle Immobilisierung erforderlich, um das Ziel während der Bildgebungen zu halten.
Andere Vorteile, die der Struktur inhärent sind, werden einem Fachmann ersichtlich. Die in der vorliegenden Schrift beschriebenen Ausführungsformen sind veranschaulichend und sollen den Geltungsbereich der Patentansprüche nicht einschränken, die in Anbetracht der Patentschrift als Ganzes auszulegen sind.
Der Erregungsstrahl kann eine beliebige gepulste oder modulierte Quelle elektromagnetischer Strahlung sein, darunter Laser oder andere optische Quellen. In einem Beispiel wurde ein nanosekundengepulster Laser verwendet. Der Erregungsstrahl kann auf eine beliebige Wellenlänge eingestellt sein, die sich zum Ausnutzen der optischen (oder anderen elektromagnetischen) Absorption der Probe eignet. Die Quelle kann monochrom oder polychrom sein.
Der Befragungsstrahl kann eine beliebige gepulste oder modulierte Quelle elektromagnetischer Strahlung sein, darunter Laser oder andere optische Quellen. Für die Befragung kann in Abhängigkeit von der Anwendung eine beliebige Wellenlänge verwendet werden.
CG-PARS kann beliebige Interferometriekonzepte verwenden, wie etwa Interferometer mit gemeinsamem Pfad (unter Verwendung von speziell konzipierten Interferometer-Objektivlinsen), Michelson-Interferometer, Fizeau-Interferometer, Ramsey-Interferometer, Fabry-Perot-Interferometer und Mach-Zehnder-Interferometer und optische Quadraturerfassung. Das Grundprinzip besteht darin, dass Phasenoszillationen (und eventuell Amplitudenoszillationen) in dem Sondierungsempfängerstrahl unter Verwendung von Interferometrie erfasst und bei AC-, RF- oder Ultraschallfrequenzen unter Verwendung verschiedener Detektoren erfasst werden können.
In einem Beispiel können der Erregungs- und der Empfängerstrahl miteinander kombiniert und abgetastet werden. Dadurch können photoakustische Erregungen in demselben Bereich erfasst werden, in dem diese auch erzeugt werden und am größten sind. Andere Anordnungen können ebenfalls verwendet werden, einschließlich einer Fixierung des Empfängerstrahls beim Abtasten des Erregungsstrahls oder umgekehrt. Galvanometer, MEMS-Spiegel, Polygonscanner und Schritt-/DC-Motoren können als ein Mittel zum Abtasten des Erregungsstrahls, des Sonden-/Empfängerstrahls oder beiden verwendet werden.
Der Erregungsstrahl und der Abtast-/Empfängerstrahl können unter Verwendung dichroitischer Spiegel, Prismen, Strahlsplitter, polarisierender Strahlsplitter usw. kombiniert werden. Sie können zudem unter Verwendung verschiedener optischer Pfade fokussiert werden.
Das reflektierte Licht kann durch Fotodioden, Avalanche-Fotodioden, Fotozellen, Sekundärelektronenvervielfacher, CMOS-Kameras, CCD-Kameras (einschließlich EM-CCD, intensivierter CCD, hinten verdünnter und gekühlter CCD) usw. aufgefangen werden. Das erfasste Signal kann durch einen RF-Verstärker, einen Sperrverstärker, einen Transimpedanzverstärker oder eine andere Verstärkerkonfiguration verstärkt werden. Zudem können verschiedene Verfahren verwendet werden, um den Erregungsstrahl vor dem Erfassen von dem Empfängerstrahl zu filtern. CG-PARS kann optische Verstärker verwenden, um erfasstes Licht zu verstärken.
Ein Tisch-, tragbares, endoskopisches, chirurgisches Mikroskop oder ein ophthalmologisches CG-PARS-System kann auf Grundlage von im Stand der Technik bekannten Prinzipien konstruiert werden. CG-PARS kann für A-, B- oder C-Abtastbilder für in-vivo-, ex-vivo- oder Phantomstudien verwendet werden.
CG-PARS kann optimiert werden, um ein Multifokusdesign auszunutzen, um die Fokustiefe bei der 2D- und 3D-OR-CG-PARS-Bildgebung zu verbessern. Die chromatische Aberration in dem Paar aus Kollimator- und Objektivlinse kann verwendet werden, um das Licht aus einer Faser erneut in die Objekte zu fokussieren, so dass jede Wellenlänge in einer leicht unterschiedlichen Tiefenposition fokussiert ist. Bei gleichzeitiger Verwendung dieser Wellenlängen lassen sich die Feldtiefe und das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der CG-PARS-Bilder verbessern. Bei der CG-PARS-Bildgebung kann eine Tiefenabtastung durch Einstellen der Wellenlänge erfolgen.
Das CG-PARS-System kann mit anderen Bildgebungsmodalitäten kombiniert werden, wie etwa Fluoreszenzmikroskopie, Zwei-Photonen- und konfokale Fluoreszenzmikroskopie, kohärente Anti-Raman-Stokes-Mikroskopie, Raman-Mikroskopie oder optische Kohärenztomografie, andere photoakustische und Ultraschallsysteme usw. Diese Systeme könnten durch Konzipieren einer optischen Kombinationsvorrichtung kombiniert werden, um die optischen Pfade jedes Systems zu integrieren. Zudem ein Prozessor zum Synchronisieren der Ergebnisse bei Bedarf und Analysieren der Ergebnisse entweder getrennt oder in Kombination. Diese integrierten Modalitäten können einen komplementären Kontrast bei der bildlichen Darstellung herbeiführen. Dies könnte das bildliche Darstellen der Mikrozirkulation, das bildliche Darstellen der Blutoxygenierungsparameter und das bildliche Darstellen von anderen molekularspezifischen Zielen gleichzeitig ermöglichen, eine möglicherweise wichtige Aufgabe, die ausschließlich mit Mikroskopieverfahren auf Fluoreszenzbasis schwierig umzusetzen ist. Eine sichtbare Laserquelle mit mehreren Wellenlängen kann zudem umgesetzt sein, um photoakustische Signale für eine funktionelle oder strukturelle Bildgebung zu erzeugen.
Vorrichtungen zum Analysieren der Polarisierung können verwendet werden, um erfasstes Licht in jeweilige Polarisierungszustände zu zerlegen. Das Licht, das in jedem Polarisierungszustand erfasst wird, kann Informationen über Ultraschall-Gewebe-Interaktion bereitstellen.
ANWENDUNGEN
Es versteht sich, dass das in der vorliegenden Schrift beschriebene System verschiedenartig verwendet werden kann, wie etwa für die vorstehend beschriebenen Zwecke, und zudem anders verwendet werden kann, um die vorstehend beschriebenen Aspekte auszunutzen. Eine unvollständige Liste an Anwendungen ist nachfolgend erörtert.
Das System kann zum bildlichen Darstellen von Angiogenese für unterschiedliche vorklinische Tumormodelle verwendet werden.
Das System kann zudem zum klinischen bildlichen Darstellen der Mikro- und Makrozirkulation und pigmentierter Zellen verwendet werden, was anwendbar ist in Anwendungen wie (1) im Auge, potentiell die Fluorescein-Angiografie erweiternd oder ersetzend; (2) das bildliche Darstellen von dermatologischen Läsionen, einschließlich Melanom, Basalzellkarzinom, Hämangiom, Psoriasis, Ekzem, Dermatitis, Bildgebung bei Mohs-Eingriffen, bildliche Darstellung zum Prüfen von Resektionen des Tumorrandes; (3) periphere vaskuläre Krankheit; (4) diabetische und Druckgeschwüre; (5) Bildgebung bei Verbrennungen; (6) plastische Chirurgie und Mikrochirurgie; (7) Bildgebung von zirkulierenden Tumorzellen, insbesondere Melanomzellen; (8) Bildgebung von Lymphknoten-Angiogenese; (9) Bildgebung der Reaktion auf fotodynamische Therapien, darunter diejenigen mit vaskulären ablativen Mechanismen; (10) Bildgebung der Reaktion auf Chemotherapeutika, darunter Antiangiogenika; (11) Bildgebung der Reaktion auf Strahlentherapie.
Das System kann beim Schätzen der Sauerstoffsättigung unter Verwendung einer photoakustischen Erregung mit mehreren Wellenlängen und CG-PARS-Erfassung und Anwendungen nützlich sein, einschließlich: (1) Schätzen der venösen Sauerstoffsättigung, wo Pulsoximetrie nicht verwendet werden kann, einschließlich Schätzen der zerebrovenösen Sauerstoffsättigung und der Sauerstoffsättigung im ZNS. Dies könnte potentiell katheterbasierte Verfahren ersetzen, die ein Risiko bergen können, insbesondere bei kleinen Kindern und Kleinkindern.
Der Sauerstofffluss und die Sauerstoffaufnahme können ebenfalls unter Verwendung von CG-PARS-gestützter Bildgebung, um die Sauerstoffsättigung zu schätzen, und eines Hilfsverfahrens geschätzt werden, um den Blutfluss in Gefäßen zu schätzen, der in eine und aus einer Geweberegion strömt.
Das System kann zudem einige gastroenterologische Anwendungen aufweisen, wie etwa das bildliche Darstellen von Gefäßbetten und der Tiefe der Invasion bei Barrett-Ösophagus- und Kolorektalkrebs. Die Tiefe der Invasion ist der Schlüssel zur Prognose und zum metabolischen Potential. Gastroenterologische Anwendungen können kombiniert oder an ein klinisches Endoskop gebunden werden und das miniaturisierte CG-PARS-System kann entweder als ein unabhängiges Endoskop konzipiert oder in den Hilfskanal eines klinischen Endoskops eingebaut sein.
Das System kann einige chirurgische Anwendungen aufweisen, wie etwa das funktionelle bildliche Darstellen während eines chirurgischen Eingriffs im Gehirn; die Verwendung zum Beurteilen von inneren Blutungen und das Überprüfen einer Kauterisierung, das bildliche Darstellen der Perfusionssuffizienz von Organen und Organtransplantaten, das bildliche Darstellen der Angiogenese um Inseltransplantate herum, das bildliche Darstellen von Hauttransplantaten, das bildliche Darstellen von Gewebegerüsten und Biomaterialien zum Bewerten der Vaskularisierung und der Immunabstoßung, das bildliche Darstellen zum Unterstützen bei Mikrochirurgie, Steuerung zum Vermeiden von Verletzungen an kritischen Blutgefäßen und Nerven.
Zu anderen Beispielen für Anwendungen können CG-PARS-Bildgebung von Kontrastmitteln in klinischen oder vorklinischen Anwendungen; das Erkennen von Sentinel-Lymphknoten; das Nicht- oder minimalinvasive Erkennen von Tumoren in Lymphknoten; das bildliche Darstellen von genetisch codierten Reportern, wie etwa Tyrosinase, Chromproteine, fluoreszierende Proteine für vorklinische oder klinische Anwendungen im Bereich der molekularen Bildgebung; das bildliche Darstellen aktiv oder passiv ausgerichteter optisch absorbierender Nanopartikel für molekulare Bildgebung; und das bildliche Darstellen von Blutklumpen und potentielle Erfassen des Alters der Klumpen gehören.
In einigen Ausführungsformen kann eine beliebige geeignete Technologie, wie etwa beispielsweise OCT, für die Oberflächentopologie (für ein Fokussieren mit konstanter oder variabler Tiefe für photoakustische Fernerfassungstechnologien) vor dem bildlichen Darstellen mit CG-PARS verwendet werden.
In mindestens einigen Ausführungsformen können zu Systemen der vorliegenden Erfindung Linsen mit variabler Brennweite (darunter schwingspulengesteuerter, MEMS, piezoelektrisch basierter und abstimmbarer akustischer Gradientenlinsen) gehören. Zudem können Systeme der vorliegenden Offenbarung doppelt verkleidete Faserkopplungsvorrichtungen sowohl für OCT- als auch für PARS-Mikroskopie umfassen (einschließlich CG-PARS), um Erregungslicht (und/oder Befragungslicht) von einer Faser mit einem Modus für die Probe bereitzustellen, jedoch um Befragungslicht unter Verwendung der Multimodusverkleidung der doppelt verkleideten Faser zu erfassen. Systeme der vorliegenden Offenbarung können zudem mit Angiografie oder Doppler verwendet werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können einen oder mehrere der nachstehenden Vorteile umfassen:

1. Das vorgeschlagene CG-PARS bietet einen tiefenabhängigen Kontrast, der direkt proportional ist zu der optischen Absorption des Erregungslasers. Beispielsweise extrahiert CW-CE-PARS modulierte Komponenten von Signalen unter Verwendung von Hochpass- oder Bandpassfiltern. Gepulste Erfassungssysteme, die mit gepulstem CE-PARS oder SD-CG-PARS assoziiert sind, verwenden Differenzen in den erfassten Signalen mit und ohne Erregungsimpulse/n.
2. Die Kohärenzlänge der Quelle ist bevorzugt kürzer als die Fokustiefe des Befragungsstrahls in die Probe und mehr bevorzugt signifikant kürzer. Dadurch kann eine verbesserte Tiefenauflösung durch die Verwendung der Kohärenzsteuerung erreicht werden.
3. Das vorgeschlagene SD-CG-PARS-System umfasst ein Spektrometer und kann umhüllte A-Scans mit und ohne Erregungsmpulse/n (oder mit verschiedenen Impulsenergien) erfassen. Das System verwendet einen Prozessor zum Extrahieren von Unterschieden in den umhüllten A-Scans mit und ohne Erregungsimpuls (oder mit verschiedenen Impulsenergien).
4. In dem vorgeschlagenen CE-PARS-System können ein oder mehrere Interferometer oder ein Verfahren zum sequentiellen Befragen mit zwei oder mehr aufeinanderfolgenden Referenzpfadphasenverschiebungen und ein Prozessor zum Kombinieren serieller oder paralleler Erfassungen zum Extrahieren temporaler Modulationen des Hüllsignals vorhanden sein.
5. Die vorgeschlagenen CG-PARS-Verfahren verwenden OCT-Signale, um Änderungen des Brechungsindex zu erkennen, die mit Anfangsdrücken assoziiert sind, und verwenden mindestens zwei Erfassungen (entweder seriell oder parallel mit mehreren Detektoren). In SD-CG-PARS wird eine A-Scan-OCT-Hüllkurvenerfassung mit und ohne Erregungsimpuls erhalten, wobei jeder A-Scan mit einem Spektrometer erhalten wird. In CE-PARS werden gleichphasige und Quadraturkomponenten des Signals erfasst.
6. Wie festgestellt, verwendet das SD-CG-PARS-Verfahren ein Spektrometer. Daneben kann SD-CG-PARS verwendet werden, um umhüllte OCT-A-Scans mit und ohne Erregungsimpulse/n (oder mit verschiedenen Impulsenergien) zu erfassen. Die Phase in dem erfassten Signal kann unter Bildung einer Hülle entfernt sein. Für SD-CG-PARS kann ein Prozessor verwendet werden, um Unterschiede zwischen den umhüllten A-Scans mit und ohne Erregungsimpulse/n (oder mit verschiedenen Impulsenergien) zu extrahieren.

Bestimmte Beispiele für Fernerfassungssysteme lassen sich wie folgt beschreiben:

1. Ein Spektraldomänen-kohärenzgesteuertes PARS-Tomografie-(SD-CG-PARS-Tomografie)-System mit:
1. a. einer gepulsten Quelle für elektromagnetische Erregungsstrahlung
2. b. einer niederkohärenten Befragungslichtquelle, wobei die Kohärenzlänge die wesentliche Determinante der Tiefenauflösung ist. In der Regel sind die Wellenlängen für Befragung und Erregung spektral verschieden, wobei in einer optionalen Ausführungsform die Erregungs- und Befragungsquellen jedoch identisch sein könnten.
3. c. einer Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des gepulsten Erregungsstrahls und des Befragungsstrahls für ein gemeinsames Abtasten beider Strahlen
4. d. (einer) Fokussierungslinse(n) zum Fokussieren der jeweiligen oder kombinierten Strahlen und zum Auffangen von Befragungslicht aus der Probe.
5. e. einem Interferometer mit einem Splitter zum Teilen des Befragungsstrahls in einen Referenzpfad und einen Signalpfad, wobei der Referenzpfad eine einstellbare Pfadlänge aufweist und der Signalpfad erfasste Signale zurückleitet, damit diese mit dem Licht auf dem Referenzpfad überlagern.
6. f. einem Lichtanalysemodul aus einem Spektrometer (mit verschiedenen Arten von dispersiven Elementen: Rastern, Prismen usw.) und Detektor-Anordnungen (CCD, CMOS, Fotodiode-Anordnung).
7. g. einem temporalen Steuersystem, um sicherzustellen, dass optische Signale, die nach dem Auslesen der Erregungsimpulse innerhalb einer kurzen (< Zehnerpotenzen von Nanosekunden oder <1 us) Zeitskala aufgezeichnet werden, bevor akustische Wellen weit von deren Ursprung propagieren. Insbesondere sollte der akustische Ausbreitungsabstand gegenüber der Zeit zum Ablesen der Befragung nicht signifikant größer sein als die gewünschte axiale oder laterale räumliche Auflösung. Diese temporale Steuerung könnte unter Verwendung von (1) einer (im fs-us-Bereich gepulsten Befragungsquelle und Impuls-Sequenzer und Erfassungselektronik erreicht werden, die vorsichtig abgestimmt ist, um Signale innerhalb von Nanosekunden nach der Erregungsquelle auszulesen. (2) eine optische oder elektronische Blende mit Reaktionszeiten im Bereich von Nanosekunden zum Ermöglichen der Erfassung von NUR dem Befragungslicht in dem gewünschten temporalen Fenster (3) schnelle Fotodiodenanordnung zum elektronischen Erfassen von Zeitdomänensignalen von jedem Element und Erfassen nur der ersten T-Zeitproben.
8. h. einem Impulssequencer und einem Erfassungssystem zum Bilden von mindestens zwei OCT A-Scan-Linien pro Abtastposition: eine mit einem Erregungsimpuls ODER eine mit einer anderen Erregungsimpulsenergie als eine andere.
9. i. einem optionalen Referenzfotodiodenmessteilsystem, um Variationen zwischen Impulsen der Erregungsquelle und Variationen in der Befragungsquelle Rechnung zu tragen.
10. j. einer optionalen programmierbaren Steuerung und einem Aktor zum Anpassen der Referenzpfadlänge zwischen Scans oder zum Anpassen der gewünschten Tiefensektionierung.
11. k. einem optionalen Filter zum Abweisen von Erregungslaserwellenlängen, damit diese nicht durch die Detektoren des Spektrometers erfasst werden.
12. l. Ein Prozessor zum Verarbeiten der OCT-RF-A-Scan-Linien (mit und ohne Erregungsimpulse/n oder mit verschiedenen Impulsenergien und optional mit und ohne Verschiebungen der Referenzpfadlänge) unter Bildung von CG-PARS-A-Scans mit einem Kontrast, der proportional ist zu der optischen Absorption in jeder Tiefenposition. Eine derartige Ausführungsform mit Prozessor umfasst die Bildung der Hüllkurve von jedem OCT-A-Scan und das Subtrahieren der Hüllkurven von A-Scans mit und ohne Erregungslaserimpulse/n. Diese Strategie birgt den Vorteil, dass eine unerwünschte Phasen-Rausch-Empfindlichkeit beseitigt wird, erfasst jedoch nach wie vor Änderungen des Brechungsindex, die mit photoakustischen Anfangsdrücken assoziiert sind.
13. m. einem Verarbeitungssystem zum Rendern und Anzeigen von OCT- und CG-PARS-Abbildungen
2. Ein PARS-(CE-PARS)-Mikroskopiesystem mit höherer Kohärenz, umfassend:
1. a. eine gepulste Erregungslichtquelle
2. b. einen niederkohärenten Befragungslaser, wobei die Kohärenzlänge die wesentliche Determinante der Tiefenauflösung ist. In der Regel sind die Wellenlängen für Befragung und Erregung spektral verschieden, wobei in einer optionalen Ausführungsform die Erregungs- und Befragungsquellen jedoch identisch sein könnten.
3. c. eine Kombinationsvorrichtung zum Kombinieren des gepulsten Erregungsstrahls und des Befragungsstrahls für ein gemeinsames Abtasten beider Strahlen
4. d. (eine) Fokussierungslinse(n) zum Fokussieren der jeweiligen oder kombinierten Strahlen und zum Auffangen von Befragungslicht aus der Probe.
5. e. ein Interferometer mit einem Splitter zum Teilen des Befragungsstrahls in einen Referenzpfad und einen Signalpfad, wobei der Referenzpfad eine einstellbare Pfadlänge aufweist und der Signalpfad erfasste Signale zurückleitet, damit diese mit dem Licht auf dem Referenzpfad überlagern.
6. f. (ein) Lichterfassungsmodul(e), einschließlich assoziierter optionaler Verstärker und Filter, beispielsweise bestehend aus (einer) Fotodiode(n) oder (einer) ausgeglichenen Fotodiode(n). Filter können enthalten sein, um DC-Streulicht abzuweisen und nur die modulierte Komponente im Falle von Dauerstrichbefragungsstrahlen zu erfassen. Siehe Beschreibung für das Modul für gepulstes Befragungslicht unten.
7. g. ein Verfahren zum Erfassen wirksamer gleichphasiger und Quadraturkomplexhüllsignale von dem überlagernden Licht unter Verwendung eines von zwei Verfahren (1) seriell, durch Durchführen einer Punktabtastung, einer lateralen Abtastung, einer Tiefenabtastung oder einer C-Abtastung, anschließend Anpassen der Referenzpfadlänge durch π/2 Phase, anschließend erneutes ABtasten. (2) parallel, durch Verwenden eines zusätzlichen Interferometers mit einem Referenzpfad, der um π/2 von dem Referenzpfad des anderen Interferometers abweicht. Dieses parallele Interferometer kann mit separaten optischen Pfaden oder als eine Konfiguration mit gemeinsamem Pfad umgesetzt sein. Es ist zu beachten, dass das Quadratur-Abtastschema die Flexibilität der C-Abtastung oder En-Face-Abtastung bei einer bestimmten Tiefe (oder in einem bestimmten Tiefenbereich) bietet, ohne die Erfassung vollständiger Tiefenabtastungen (A-Scans) zu erfordern, um eine effiziente PARS-Abbildung in einem genauen Tiefenabschnitt zu erzeugen. Wenn ein A-Scan erfasst wird, muss es für jede Tiefenprobe in der A-Scan-Linie einen Erregungsimpuls geben, was zu einer unerwünschten dauerhaften Laserexposition führen würde, verglichen mit dem Fall des abgetasteten Strahls.
8. h. einen Prozessor zum Schätzen der Hüllkurve oder konkret des Ausmaßes des komplexen Hüllsignals für Fälle mit und ohne Erregungsimpuls (oder mit Erregungsimpulsen mit unterschiedlichen Intensitäten).
9. i. einen Prozessor zum Verarbeiten der OCT-RF-Hüllsignale (mit und ohne Erregungsimpulse/n oder mit verschiedenen Impulsenergien) unter Bildung von CE-PARS-Signalen mit einem Kontrast, der proportional ist zu der optischen Absorption in jeder Abtastposition. Eine derartige Ausführungsform mit Prozessor umfasst die Bildung der Hüllkurve von jedem OCT-Signal und das Subtrahieren der Hüllkurven mit und ohne Erregungslaserimpulse. Diese Strategie birgt den Vorteil, dass eine unerwünschte Phasen-Rausch-Empfindlichkeit beseitigt wird, erfasst jedoch nach wie vor Änderungen des Brechungsindex, die mit photoakustischen Anfangsdrücken assoziiert sind.
10. j. ein temporales Steuersystem, um sicherzustellen, dass optische Signale, die nach dem Auslesen der Erregungsimpulse innerhalb einer kurzen (< Zehnerpotenzen von Nanosekunden) Zeitskala aufgezeichnet werden, bevor akustische Wellen weit von deren Ursprung propagieren. Insbesondere sollte der akustische Ausbreitungsabstand gegenüber der Zeit zum Ablesen der Befragung nicht signifikant größer sein als die gewünschte axiale oder laterale räumliche Auflösung. Diese temporale Steuerung könnte unter Verwendung von (1) einer im Bereich von Nanosekunden pulsierten Befragungsquelle und Impuls-Sequenzer und Erfassungselektronik erreicht werden, die vorsichtig abgestimmt ist, um Signale innerhalb von Nanosekunden nach der Erregungsquelle auszulesen. (2) eine optische oder elektronische Blende mit Reaktionszeiten im Bereich von Nanosekunden, um die Erfassung von NUR des Befragungslichtes in dem gewünschten Zeitfenster zu ermöglichen (3) Erfassen des Signals der Fotodiode als eine Funktion der Zeit, anschließend Abtasten lediglich der ersten zehn bis hundert ns oder (4) Verwenden eines analogen oder digitalen Spitzendetektors zum Extrahieren des Spitzensignals (Hüllsignals) oder des Spitze-zu-Spitze-Signals (Hüllsignals) für jeden Impuls.
11. k. ein Verarbeitungssystem zum Rendern und Anzeigen von OCT- und CG-PARS-Abbildungen.
3. Ein gepulstes Befragungserfassungsteilsystem, umfassend das Erfassen eines gepulsten Befragungssignals von der Probe (mit oder ohne Referenzstrahlinterferenz) sowohl mit einem oder ohne einen Erregungsimpuls (oder mit verschiedenen Impulsenergien) und das Subtrahieren der jeweiligen Signale oder Schätzen von deren relativer Differenz, normalisiert auf das OCT-Signal ohne vorhandenen Erregungsimpuls. Dies kann durch Aufzeichnen verstärkter Signale von Fotodioden mit einem Analog-Digital-Wandler und Durchführen der Subtraktionsoptionen (und optional der Divisionsoperationen) digital erfolgen. Dies kann zudem mit analoger Elektronik erfolgen.
4. Ein funktionelles Bildgebungssystem, umfassend sequentielle Impulse unter Verwendung von (1) verschiedenen Erregungswellenlängen oder (2) verschiedenen Impulsbreiten (z. B. ps-Impulse und ns-Impulse). Sowohl bei (1) als auch bei (2) sind die PARS-Anfangsdrucksignale proportional zu der optischen Absorption und werden diese optisch unter Verwendung von Befragungsstrahlen erfasst, wobei die vorstehend beschriebenen CG-PARS-Systeme oder vorher beschriebene interferometrische oder nicht interferometrische PARS-Systeme eingesetzt werden.

Beispiele für Verfahren zum Femerfassen lassen sich wie folgt beschreiben:

a. (SDCG-PARS) Ein Verfahren zum Befragen der optischen Eigenschaften einer Probe, umfassend:
- ein Verfahren zum Erzeugen photoakustischer Signale in einer Probe;
- ein niederkohärentes Interferometer, das verwendet wird, um photoakustische Signale zu erfassen;
- ein Verfahren zum Leiten von Licht in Richtung einer Probe an einer bestimmten Position;
- ein Verfahren zum Erfassen von Licht von einer Probe an einer bestimmten Position;
- einen optischen Spektrumdetektor;
- einen Prozessor zum Erfassen mehrerer optischer Spektren; und
- einen Prozessor zum Extrahieren von Unterschieden zwischen mehreren optischen Spektren.
  1. I. Das Verfahren nach Aussage a., wobei das Verfahren zum Erzeugen photoakustischer Signale in einer Probe eine schmalbandige oder breitbandige elektromagnetische Quelle umfasst, die entweder eine gepulste Quelle oder eine Dauerstrichquelle ist, die intensitätsmoduliert ist.
    1. i. Das Verfahren nach I., wobei der Teil der Erregungsquelle durch eine Fotodiode erfasst wird, um Variationen zwischen Impulsen Rechnung zu tragen.
  2. II. Das Verfahren nach Aussage a., wobei das niederkohärente Interferometer eine breitbandige elektromagnetische Quelle umfasst, die entweder eine gepulste Quelle oder eine Dauerstrichquelle ist, die intensitätsmoduliert ist; ein Verfahren zum Teilen dieses Strahls in einen Referenzpfad und einen Probenpfad, und ein Verfahren zum Kombinieren der Strahlen, die von dem Referenzpfad und dem Probenpfad zurückkehren.
    1. i. Das Verfahren nach Aussage II, wobei der optische Spektrumdetektor ein oder mehrere dispersive Elemente (Raster, Prismen usw.) und eine oder mehrere Detektoranordnungen (CCD, CMOS, Fotodiode usw.) umfasst.
    2. ii. Das Verfahren nach Aussage II., wobei der Teil der Befragungsquelle durch eine Fotodiode erfasst wird, um Variationen zwischen Impulsen Rechnung zu tragen.
  3. III. Das Verfahren nach Aussage a., wobei das niederkohärente Interferometer eine breitbandige Dauerstrichquelle elektromagnetische Quelle umfasst; ein Verfahren zum Teilen dieses Strahls in einen Referenzpfad und einen Probenpfad, und ein Verfahren zum Kombinieren der Strahlen, die von dem Referenzpfad und dem Probenpfad zurückkehren.
    1. i. Das Verfahren nach Aussage III, wobei der optische Spektrumdetektor ein oder mehrere dispersive Elemente (Raster, Prismen usw.) und eine oder mehrere Detektoranordnungen mit hoher Bandbreite umfasst (Fotodiode, Avalanche-Fotodiode usw.).
    2. ii. Das Verfahren nach Aussage III, wobei der Teil der Befragungsquelle durch eine Fotodiode erfasst wird, um Leistung und Variationen Rechnung zu tragen.
  4. IV. Das Verfahren nach Aussage a., wobei das Verfahren zum Leiten in Richtung und von einer Probe einen optischen Scanner (einen oder mehrere Galvanometer-Spiegel, Resonanzspiegel, MEMS-Spiegel, Polygon-Scanner usw.), ein optisches Teilsystem zum Fokussieren (Objektivlinse, reflektierendes Objektiv, Parabolspiegel, GRIN-Linse,) und ein System aus optischen Filtern umfasst, um Erregungswellenlängen entlang dem Erfassungspfad abzulehnen.
  5. V. Das Verfahren nach Aussage a., wobei das Verfahren zum Leiten in Richtung und von einer Probe eine Lichtführung (Glasfaser, doppelt verkleidete Faser, Glasfaserbündel usw.), einen optischen Scanner (einen oder mehrere Galvanometer-Spiegel, Resonanzspiegel, MEMS-Spiegel, Polygon-Scanner usw.), und ein optisches Teilsystem zum Fokussieren (Objektivlinse, reflektierendes Objektiv, Parabolspiegel, GRIN-Linse,) und ein System aus optischen Filtern umfasst, um Erregungswellenlängen entlang dem Erfassungspfad abzulehnen.
  6. VI. Das Verfahren nach Aussage a, wobei die Prozessoren zum Erfassen mehrerer optischer Spektren und zum Extrahieren von Unterschieden zwischen mehreren optischen Spektren als elektronische Vorrichtungen umgesetzt sind.
- b. ((Paralleles CEPARS) Ein Verfahren zum Befragen der optischen Eigenschaften einer Probe, umfassend:
  - ein Verfahren zum Erzeugen photoakustischer Signale in einer Probe;
  - zwei oder mehr optische niederkohärente Interferometer, die verwendet werden, um photoakustische Signale zu erfassen;
  - ein Verfahren zum Leiten von Licht in Richtung einer Probe an einer bestimmten Position;
  - ein Verfahren zum Erfassen von Licht von einer Probe an einer bestimmten Position;
  - einen Prozessor zum Kombinieren von Datenkanälen von den Interferometern; und
  - einen Prozessor zum Extrahieren temporaler Modulationen des Hüllsignals.
    - I. Das Verfahren nach Aussage b., wobei das Verfahren zum Erzeugen photoakustischer Signale in einer Probe eine schmalbandige oder breitbandige elektromagnetische Quelle umfasst, die entweder eine gepulste Quelle oder eine Dauerstrichquelle ist, die intensitätsmoduliert ist.
      1. i. Das Verfahren nach Aussage I., wobei der Teil der Erregungsquelle durch eine Fotodiode erfasst wird, um Variationen zwischen Impulsen Rechnung zu tragen.
    - II. Das Verfahren nach Aussage b., wobei das Verfahren zum Leiten in Richtung und von einer Probe einen optischen Scanner (einen oder mehrere Galvanometer-Spiegel, Resonanzspiegel, MEMS-Spiegel, Polygon-Scanner usw.), und ein optisches Teilsystem zum Fokussieren (Objektivlinse, reflektierendes Objektiv, Parabolspiegel, GRIN-Linse,) und ein System aus optischen Filtern umfasst, um Erregungswellenlängen entlang dem Erfassungspfad abzulehnen.
    - I. Das Verfahren nach Aussage b., wobei das Verfahren zum Leiten in Richtung und von einer Probe eine Lichtführung (Glasfaser, doppelt verkleidete Faser, Glasfaserbündel usw.), einen optischen Scanner (einen oder mehrere Galvanometer-Spiegel, Resonanzspiegel, MEMS-Spiegel, Polygon-Scanner usw.), und ein optisches Teilsystem zum Fokussieren (Objektivlinse, reflektierendes Objektiv, Parabolspiegel, GRIN-Linse,) und ein System aus optischen Filtern umfasst, um Erregungswellenlängen entlang dem Erfassungspfad abzulehnen.
- c. (serielles QSCG-PARS) Ein Verfahren zum Befragen der optischen Eigenschaften einer Probe, umfassend:
  - ein Verfahren zum Erzeugen photoakustischer Signale in einer Probe;
  - ein niederkohärentes Interferometer, das verwendet wird, um photoakustische Signale zu erfassen, wobei die Referenzphase zwischen aufeinanderfolgenden Erfassungen angepasst werden muss;
  - ein Verfahren zum Leiten von Licht in Richtung einer Probe an einer bestimmten Position;
  - ein Verfahren zum Erfassen von Licht von einer Probe an einer bestimmten Position;
  - ein Verfahren zum Erfassen, das mehrere Erfassungen erfordert;
  - einen Prozessor zum Kombinieren serieller Datenkanäle von dem Interferometer; und
  - einen Prozessor zum Extrahieren temporaler Modulationen des Hüllsignals.
    1. I. Das Verfahren nach Aussage c., wobei das Verfahren zum Erzeugen photoakustischer Signale in einer Probe eine schmalbandige oder breitbandige elektromagnetische Quelle umfasst, die entweder eine gepulste Quelle oder eine Dauerstrichquelle ist, die intensitätsmoduliert ist.
      - ii. Das Verfahren nach Aussage I., wobei der Teil der Erregungsquelle durch eine Fotodiode erfasst wird, um Variationen zwischen Impulsen Rechnung zu tragen.
    2. II. Das Verfahren nach Aussage c., wobei das Verfahren zum Leiten in Richtung und von einer Probe einen optischen Scanner (einen oder mehrere Galvanometer-Spiegel, Resonanzspiegel, MEMS-Spiegel, Polygon-Scanner usw.), und ein optisches Teilsystem zum Fokussieren (Objektivlinse, reflektierendes Objektiv, Parabolspiegel, GRIN-Linse,) und ein System aus optischen Filtern umfasst, um Erregungswellenlängen entlang dem Erfassungspfad abzulehnen.
    3. III. Das Verfahren nach Aussage c., wobei das Verfahren zum Leiten in Richtung und von einer Probe eine Lichtführung (Glasfaser, doppelt verkleidete Faser, Glasfaserbündel usw.), einen optischen Scanner (einen oder mehrere Galvanometer-Spiegel, Resonanzspiegel, MEMS-Spiegel, Polygon-Scanner usw.), ein optisches Teilsystem zum Fokussieren (Objektivlinse, reflektierendes Objektiv, Parabolspiegel, GRIN-Linse,) und ein System aus optischen Filtern umfasst, um Erregungswellenlängen entlang dem Erfassungspfad abzulehnen.
- d. (Quadratur-CEPARS) Ein Verfahren zum Befragen der optischen Eigenschaften einer Probe, umfassend:
  - ein Verfahren zum Erzeugen photoakustischer Signale in einer Probe;
  - einen optischen Quadratur-Detektor;
  - ein Verfahren zum Leiten von Licht in Richtung einer Probe an einer bestimmten Position;
  - ein Verfahren zum Erfassen von Licht von einer Probe an einer bestimmten Position;
  - einen Prozessor zum Kombinieren von Datenkanälen von dem Quadratur-Detektor; und
  - einen Prozessor zum Extrahieren temporaler Modulationen des Hüllsignals.
    1. I. Das Verfahren nach Aussage d., wobei das Verfahren zum Erzeugen photoakustischer Signale in einer Probe eine schmalbandige oder breitbandige elektromagnetische Quelle umfasst, die entweder eine gepulste Quelle oder eine Dauerstrichquelle ist, die intensitätsmoduliert ist.
      1. i. Das Verfahren nach Aussage I., wobei der Teil der Erregungsquelle durch eine Fotodiode erfasst wird, um Variationen zwischen Impulsen Rechnung zu tragen.
    2. II. Das Verfahren nach Aussage c., wobei das Verfahren zum Leiten in Richtung und von einer Probe einen optischen Scanner (einen oder mehrere Galvanometer-Spiegel, Resonanzspiegel, MEMS-Spiegel, Polygon-Scanner usw.), ein optisches Teilsystem zum Fokussieren (Objektivlinse, reflektierendes Objektiv, Parabolspiegel, GRIN-Linse,) und ein System aus optischen Filtern umfasst, um Erregungswellenlängen entlang dem Erfassungspfad abzulehnen.
    3. III. Das Verfahren nach Aussage d., wobei das Verfahren zum Leiten in Richtung und von einer Probe eine Lichtführung (Glasfaser, doppelt verkleidete Faser, Glasfaserbündel usw.), einen optischen Scanner (einen oder mehrere Galvanometer-Spiegel, Resonanzspiegel, MEMS-Spiegel, Polygon-Scanner usw.), ein optisches Teilsystem zum Fokussieren (Objektivlinse, reflektierendes Objektiv, Parabolspiegel, GRIN-Linse,) und ein System aus optischen Filtern umfasst, um Erregungswellenlängen entlang dem Erfassungspfad abzulehnen.

Bezugszeichenliste

(1): Erregungsquelle
(2): Abtastsystem
(3): Fokussieroptik
(4): Probe
(5): Befragungsquelle
(6): Strahlkombinationsvorrichtung
(7): Referenzpfad
(8): Detektor
(9): Faserbasiert
(10): Strahlkombinationsvorrichtung im freien Raum
(31): optische Wellenlänge 1
(32): optische Wellenlänge 2
(3N): optische Wellenlänge N
(41): optische Wellenlänge 1
(42): optische Wellenlänge 2
(4N): optische Wellenlänge N
(101): Quellen für optische Strahlung
(102): Faserbasierte optische Kopplungsvorrichtungen
(103): Optische Kombinationsvorrichtungen im freien Raum
(51): Von Befragungsquelle
(52): Referenzpfad
(53): Abtastpfad
(54): Zum Detektor
(61): Von Befragungsquelle
(62): Referenzpfad
(63): Abtastpfad
(64): Zum Detektor
(701): Nicht absorbierende Streuvorrichtung
(702): Absorbierende Streuvorrichtungen
(703): Anstieg photoakustischer Anfangsdruck
(704): Nach außen hin ausbreitende akustische Wellen
(901): Abtastpfad vertikale Polarisation
(902): Referenzpfad vertikale Polarisation
(903): Abtastpfad horizontale Polarisation
(904): Referenzpfad horizontale Polarisation
(905): Phasenversatz
(906): Erfassung
(907): Hochpassfilter
(908): Entzerren
(909): Quadrat
(910): Summe
(911): Signal
(1001): Befragungsquelle
(1002): Isoliervorrichtung
(1003): Splitter
(1004): Int. Auslöser/Leistungsmessung
(1005): Referenzspiegel
(1006): Achte Wellenplatte
(1007): Linse
(1008): Splitter
(1009): Dichroitischer Spiegel
(1010): Filter
(1011): Horizontale Erfassung
(1012): Linse
(1013): PBS
(1014): Vertikale Erfassung
(1015): PBS
(1016): Linse
(1017): Ext. Auslöser/Leistungsmessung
(1018): Linse
(1019): Abtastspiegel
(1020): Objektivlinse
(1021): Abtaststufe
(1022): Probe
(1023): Isoliervorrichtung
(1024): Erregungsquelle
(1025): Kamera
(1101): Befragungsquelle
(1102)': Isoliervorrichtung
(1103): Splitter
(1104): Detektor
(1105): Detektor
(1106): Kopplungsvorrichtung
(1107): Kopplungsvorrichtung
(1108): Splitter
(1109): Int. Auslöser/Leistungsmessung
(1110): Splitter
(1111): Erregungsquelle
(1112): Isolationsvorrichtung
(1113): Zirkulationsvorrichtung
(1114): Splitter
(1115): Zirkulationsvorrichtung
(1116): Zirkulationsvorrichtung
(1117): Splitter
(1118): Kollimator
(1119): Kollimator
(1120): Kollimator
(1121): WDM
(1122): Ex. Auslöser/Leistungsmessung
(1123): Referenzspiegel1
(1124): Referenzspiegel 2
(1125): Galvano-optische Spiegel
(1126): Objektivlinse
(1127): Abtaststufe
(1128): Probe
(1201): Befragungsquelle
(1202): Isolationsvorrichtung
(1203): Splitter
(1204): Int. Auslöser/Leistungsmessung
(1205): Referenzspiegel
(1207): Linse
(1208): Splitter
(1209): Dichroitischer Spiegel
(1210): Filter
(1212): Linse
(1214): Erfassung
(1215): PBS
(1216): Linse
(1217): Ex. Auslöser/Leistungsmessung
(1218): Linse
(1219): Abtastspiegel
(1220): Objektivlinse
(1221): Abtaststufe
(1222): Probe
(1223): Isolationsvorrichtung
(1224): Erregungsquelle
(1225): Kamera
(1301): Befragungsquelle
(1302): Isolationsvorrichtung
(1303): Splitter
(1304): Int. Auslöser/Leistungsmessung
(1305): Referenzspiegel
(1307): Linse
(1308): Splitter
(1309): Dichroitischer Spiegel
(1310): Filter
(1312): Linse
(1314): Erfassung
(1315): PBS
(1316): Linse
(1317): Ex. Auslöser/Leistungsmessung
(1318): Linse
(1319): MEMS-Spiegel
(1322): Probe
(1323): Isolationsvorrichtung
(1324): Erregungsquelle
(1325): Kamera
(1326): Endoskopgehäuse
(1327): GRIN-Linse
(1328): Faserkopplungsvorrichtung
(1601): Spektren erfassen
(1602): Entfalten
(1603): Umwandeln
(1604): Umhüllen
(1605): Subtrahieren
(1606): SDCG-PARS-Abbildung
(1607): OCT-Abbildung
(1701): Befragungsquelle
(1702): Isolationsvorrichtung
(1703): Splitter
(1704): Int. Auslöser/Leistungsmessung
(1705): Spektrometer
(1706): Interferometer
(1707): Erregungsquelle
(1708): Isolationsvorrichtung
(1709): Splitter
(1710): Kollimator
(1711): Referenzspiegel
(1712): Kollimator
(1713): WDM
(1714): Ex. Auslöser/Leistungsmessung
(1725): Galvano-optische Spiegel
(1726): Objektivlinse
(1727): Abtaststufe
(1728): Probe
(1801): Befragungsquelle
(1802): Isolationsvorrichtung
(1803): Splitter
(1804): Int. Auslöser/Leistungsmessung
(1805): Spektrometer
(1806): Interferometer
(1807): Erregungsquelle
(1808): Isolationsvorrichtung
(1809): Splitter
(1810): Kollimator
(1811): Referenzspiegel
(1812): Endoskopgehäuse
(18139: WDM
(1814): Ex. Auslöser/Leistungsmessung
(1815): GRIN-Linse
(1816): MEMS-Spiegel
(1817): Probe
(1901): Befragungsquelle
(1902): Isolationsvorrichtung
(1903): Splitter
(1904): Int. Auslöser/Leistungsmessung
(1905): Polarisationsvorrichtung
(1906): Strahl-Splitter
(1907): Linse
(1908): Referenzspiegel
(1909): Dispersionszelle
(1910): Viertel-Wellenplatte
(1911): PBS
(1912): Viertel-Wellenplatte
(1913): Erfassung
(1914): Linse
(1915): Erfassung
(1916): PBS
(1917): Strahl-Splitter
(1918): Erfassung
(1919): Linse
(1920): Erfassung
(1921): PBS
(1922): Polarisationsvorrichtung
(1923): Splitter
(1924): Filter
(1925): Viertel-Wellenplatte
(1926): Dichroitischer Spiegel
(1927): PBS
(1928): Abtastspiegel
(1929): Linse
(1930): Linse
(1931): Kamera
(1932): Objektivlinse
(1933): Probe
(1934): Abtaststufe
(1935): Ex. Auslöser/Leistungsmessung
(1936): Isolationsvorrichtung
(1937): Erregungsquelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62622816 [0001]
US 2014/0185055 [0007, 0010]
US 2012/0200845 [0007]
US 2016/0113507 [0008]
US 2017/0215738 [0008]
US 2014/0275942 [0010]
US 9335253 [0010]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Reza et al., Light: Science & Applications, Ausgabe 6, Seite 16278 (2017) [0039]

Claims

Kohärenzgesteuertes photoakustisches Femerfassungssystem zum bildlichen Darstellen eines Teils einer Probe mit optischer Auflösung, umfassend: eine oder mehrere Laserquellen, die konfiguriert sind, um mindestens einen Erregungsstrahl zu erzeugen, der an einer Erregungsposition in der Probe Signale induziert, wobei die eine oder die mehreren Laserquellen auch konfiguriert sind, um mindestens einen Befragungsstrahl zu erzeugen, der an einer Befragungsposition auf die Probe auftrifft, wobei ein Teil des mindestens einen Befragungsstrahls, der von der Probe zurückkehrt, und die erzeugten Signale anzeigt, der mindestens eine Befragungsstrahl ist; ein optisches System, das konfiguriert ist, um den mindestens einen Erregungsstrahl an einer Erregungsposition auf die Probe zu konzentrieren und/oder den mindestens einen Befragungsstrahl auf die Probe entlang eines Probenpfades an einer Befragungsposition zu konzentrieren, wobei mindestens die Befragungsposition unter der Oberfläche von und in der Probe liegt; und ein Interferometer, das konfiguriert ist, um einen zurückkehrenden Teil des mindestens einen Befragungsstrahls zu isolieren, der einem Befragungsereignis der Probe entspricht.
System nach Anspruch 1, zudem umfassend eine Referenzstrahlquelle, die konfiguriert ist, um einen Referenzstrahl zu erzeugen, der entlang einem Referenzpfad verläuft, und wobei das Interferometer den zurückkehrenden Teil unter Verwendung des Referenzstrahls isoliert.
System nach Anspruch 2, wobei die Referenzstrahlquelle konfiguriert ist, um einen oder mehrere zusätzliche Referenzstrahlen zu erzeugen, die in Relation zu dem Referenzstrahl eine Phasenverschiebung aufweisen, und wobei das Interferometer den zurückkehrenden Teil unter Verwendung des Referenzstrahls und des einen oder der mehreren zusätzlichen Referenzstrahlen isoliert.
System nach Anspruch 3, wobei der eine oder die mehreren zusätzlichen Referenzstrahlen durch mindestens eines der folgenden phasenverschoben sind: eine andere Pfadlänge, eine oder mehrere Wellenplatten oder einen oder mehrere Zirkulatoren.
System nach Anspruch 3, wobei der eine oder die mehreren zusätzlichen Referenzstrahlen entweder parallel oder in Reihe mit dem Referenzstrahl erfasst werden.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei der Erregungsstrahl und der Befragungsstrahl gepulst oder intensitätsmoduliert sind.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei der Erregungsstrahl und/oder der Befragungsstrahl gepulst oder intensitätsmoduliert ist.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei die Erregungsposition und die Befragungsposition sich jeweils unter der Oberfläche und in der Probe befinden.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei mindestens eine der Erregungsposition und der Befragungsposition innerhalb von 1 mm von der Oberfläche der Probe liegt.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei die Erregungsposition und die Befragungsposition sich innerhalb von 1 mm von der Oberfläche der Probe befinden.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei mindestens eine der Erregungsposition und der Befragungsposition mehr als 1 µm unter der Oberfläche der Probe liegt.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei sowohl die Erregungsposition als auch die Befragungsposition mehr als 1 µm unter der Oberfläche der Probe liegt.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei die Erregungsposition und die Befragungsposition Brennpunkte sind, die sich mindestens teilweise überlappen.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, zudem umfassend mindestens einen Detektor, der konfiguriert ist, um den zurückkehrenden Teil des mindestens einen Befragungsstrahls zu erfassen.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, zudem umfassend einen Prozessor, der eine Abbildung der Probe auf Grundlage des zurückkehrenden Teils des Befragungsstrahls berechnet.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei der Befragungsstrahl Impulse aufweist, die ausreichend kurz sind, so dass die akustische Ausbreitung vernachlässigbar ist.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei das System für jede Erfassungsposition einen Erregungsstrahl mit mehr als einer Frequenz, einer Bandbreite, einer Phasenverschiebung oder einer Kombination davon anwendet.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei das optische System jede Befragungsposition in einem nicht erregten Zustand und nachdem der Erregungsstrahl die Probe erregt befragt.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Laserquellen konfiguriert sind, um einen oder mehrere Erregungsstrahlen zu erzeugen, die die Probe mit einer Vielzahl von Frequenzen, einer Vielzahl von Bandbreiten oder Kombinationen davon erregen.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Laserquellen eine Erregungsstrahlquelle einschließen, die konfiguriert ist, um den Erregungsstrahl zu erzeugen, und eine Befragungsstrahlquelle einschließen, die konfiguriert ist, um den Befragungsstrahl zu erzeugen.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, zudem umfassend ein Glasfaserkabel mit einem Eingangsende und einem Detektionsende, wobei die eine oder die mehreren Laserquellen an das Eingangsende gekoppelt sind.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, zudem umfassend einen Detektor, der einen Spektralinhalt kombinierter Referenz- und Probenpfade erkennen kann.
System nach Anspruch 2, zudem umfassend mindestens einen optischen Kombinator, der konfiguriert ist, um den Teil des mindestens einen von der Probe zurückkehrenden Befragungsstrahls mit dem Referenzstrahl zu vergleichen.
System nach Anspruch 23, zudem umfassend eine Verarbeitungseinheit zum Interpretieren des Vergleichs zwischen dem Teil des mindestens einen von der Probe zurückkehrenden Befragungsstrahls mit dem Referenzstrahl.
System nach Anspruch 24, wobei der Detektor konfiguriert ist, um eine Befragung innerhalb von 100 ns zu ermöglichen.
System nach Anspruch 23, wobei der optische Kombinator einen optischen Koppler, einen Faserkoppler oder ein Interferometer einschließt.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei die mindestens eine Laserquelle eine gepulste Befragungsquelle oder eine schnell modulierbare Dauerstrichquelle einschließt.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei der Teil der Probe eine Struktur unter der Oberfläche ist.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, das für einen oder mehrere von Folgendem verwendet wird: Bildgebende Angiogenese für präklinische Tumormodelle; Abschätzen einer Sauerstoffsättigung mittels photoakustischer Mehrwellenlängenanregung; Abschätzen der venösen Sauerstoffsättigung, wo die Pulsoxymetrie nicht eingesetzt werden kann; Abschätzen der zerebrovenösen Sauerstoffsättigung und/oder der zentralvenösen Sauerstoffsättigung; Abschätzen des Sauerstoffflusses und/oder des Sauerstoffverbrauchs; Abschätzen des Blutflusses in den Gefäßen, der in eine Geweberegion hinein- und aus ihr herausfließt; klinische Bildgebung von Mikro- und Makrozirkulation und pigmentierten Zellen; Abbilden des Auges; Erweitern oder Ersetzen der Fluoreszenzangiographie; bildliches Darstellen dermatologischer Läsionen; bildliches Darstellen eines Melanoms; bildliches Darstellen eines Basalzellkarzinoms; bildliches Darstellen eines Hämangioms; bildliches Darstellen von Psoriasis; bildliches Darstellen eines Ekzems; bildliches Darstellen von Dermatitis; bildliches Darstellen bei Mohs-Chirurgie; bildliches Darstellen zum Verifizieren von Tumorrand-Resektionen; bildliches Darstellen von peripheren Gefäßerkrankungen; bildliches Darstellen von diabetischen und/oder Druckgeschwüren; bildliches Darstellen von Verbrennungen; Plastische Chirurgie; Mikrochirurgie; bildliches Darstellen von zirkulierenden Tumorzellen; bildliches Darstellen von Melanomzellen; bildliches Darstellen von Lymphknoten-Angiogenese; bildliches Darstellen vom Ansprechen photodynamischer Therapien; bildliches Darstellen vom Ansprechen photodynamischer Therapien mit vaskulären Ablationsmechanismen; bildliches Darstellen vom Ansprechen von Chemotherapeutika; bildliches Darstellen vom Ansprechen anti-angiogener Medikamente; bildliches Darstellen vom Ansprechen von Strahlentherapie; bildliches Darstellen von Gefäßbetten und Invasionstiefe bei Barrett-Ösophagus- und/oder Darmkrebs; bildliches Darstellen während eines chirurgischen Eingriffs im Gehirn; Beurteilen von inneren Blutungen und/oder Überprüfen einer Kauterisierung; bildliches Darstellen der Perfusionssuffizienz von Organen und Organtransplantaten; bildliches Darstellen der Angiogenese um Inseltransplantate herum; bildliches Darstellen von Hauttransplantaten; bildliches Darstellen von Gewebegerüsten und Biomaterialien zum Bewerten der Vaskularisierung und/oder der Immunabstoßung; bildliches Darstellen zum Unterstützen bei Mikrochirurgie; bei Steuerungsverfahren zum Vermeiden von Verletzungen an kritischen Blutgefäßen und Nerven; bildliches Darstellen von Kontrastmitteln bei klinischen oder präklinischen Anwendungen; Identifizieren von Sentinel-Lymphknoten; Nicht- oder minimal-invasives Identifizieren von Tumoren in Lymphknoten; bildliches Darstellen von genetisch kodierten Reportern, wobei die genetisch kodierten Reporter Tyrosinase, Chromoproteine und/oder fluoreszierende Proteine für präklinische oder klinische molekulare Bildgebungsanwendungen umfassen; bildliches Darstellen von aktiv oder passiv gerichteten, optisch absorbierenden Nanopartikeln für die molekulare Bildgebung; bildliches Darstellen von Blutgerinnseln; Bereitstellen eines Alters von Blutgerinnseln; Ersetzen eines Katheterisierungsvorgangs; gastroenterologische Anwendungen; Einzel-Erregungsimpuls-Bildgebung über ein ganzes Sichtfeld; bildliches Darstellen von Gewebe; bildliches Darstellen von Zellen; bildliches Darstellen von absorptionsbedingten Änderungen von Streulicht; oder berührungsloses Abbilden von optischer Absorption.
System, einschließend das kohärenzgesteuerte photoakustische Femerfassungssystem nach Anspruch 1 in Kombination mit Fluoreszenzmikroskopie, Zwei-Photonen-Mikroskopie und konfokaler Fluoreszenzmikroskopie, Coherent-Anti-Raman-Stokes-Mikroskopie, Raman-Mikroskopie oder optischer Kohärenztomographie.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei das System konfiguriert ist, um einen tiefenabhängigen Kontrast bereitzustellen.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei der tiefenabhängige Kontrast direkt proportional zur optischen Absorption des Erregungsstrahls ist.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei eine Kohärenzlänge des Erregungsstrahls kürzer ist als eine Tiefenschärfe des Befragungsstrahls.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei das System konfiguriert ist, um OCT-Signale zu verwenden, um Brechungsindexänderungen in Verbindung mit Anfangsdrücken zu erkennen.
System nach Anspruch 34, wobei das System mindestens zwei Erfassungen verwendet, entweder in Serie oder parallel mit mehreren Detektoren.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, zudem umfassend ein Spektrometer, das konfiguriert ist, um einen A-Scan mit oder ohne Erregungsimpulsen zu erfassen.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei der mindestens eine Befragungsstrahl ein Strahl mit niedriger Kohärenz ist.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei das Interferometer ein Interferometer mit niedriger Kohärenz ist.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei der Befragungsstrahl Impulse aufweist, die ausreichend kurz sind, so dass der durch die akustische Ausbreitung verursachte Erfassungsfehler vernachlässigbar ist.
System nach einem der anhängigen Ansprüche, wobei die eine oder die mehreren Laserquellen einen Swept-Source-Laser umfassen.
Ein Endoskop, umfassend das System nach einem der anhängigen Ansprüche.
Ein chirurgisches Mikroskop, umfassend das System nach einem der anhängigen Ansprüche.
System nach Anspruch 1, wobei die Signale Ultraschallsignale umfassen.
System nach Anspruch 43, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Intensitätsvariationen umfasst, welche repräsentativ für die Ultraschallsignale sind.
System nach Anspruch 43, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Polarisationsvariationen umfasst, welche repräsentativ für die Ultraschallsignale sind.
System nach Anspruch 43, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Phasenvariationen umfasst, welche repräsentativ für die Ultraschallsignale sind.
System nach Anspruch 43, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Fluoreszenzvariationen umfasst, welche repräsentativ für die Ultraschallsignale sind.
System nach Anspruch 43, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Variationen in nichtlinearer Streuung umfasst, welche repräsentativ für die Ultraschallsignale sind.
System nach Anspruch 43, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Variationen in nichtlinearer Absorption umfasst, welche repräsentativ für die Ultraschallsignale sind.
System nach Anspruch 1, wobei die Signale thermische Signale umfassen.
System nach Anspruch 50, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Intensitätsvariationen umfasst, welche repräsentativ für die thermischen Signale sind.
System nach Anspruch 50, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Polarisationsvariationen umfasst, welche repräsentativ für die thermischen Signale sind.
System nach Anspruch 50, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Phasenvariationen umfasst, welche repräsentativ für die thermischen Signale sind.
System nach Anspruch 50, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Fluoreszenzvariationen umfasst, welche repräsentativ für die thermischen Signale sind.
System nach Anspruch 50, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Variationen in nichtlinearer Streuung umfasst, welche repräsentativ für die thermischen Signale sind.
System nach Anspruch 50, wobei der von der Probe zurückkehrende Teil des mindestens einen Befragungsstrahls Variationen in nichtlinearer Absorption umfasst, welche repräsentativ für die thermischen Signale sind.