Разработка гибридной системы на основе сканирующей оптоакустической микроскопии и люминесцентной микроскопии с временным разрешением для биомедицинских приложений

Предложена оригинальная схема установки, включающей в себя оптоакустический сканер, FLIM/PLIM-модуль, переключаемый импульсный лазер и блок заведения лазерного излучения в оптоакустический блок микроскопа, позволяющая проводить комбинированные измерения оптоакустических изображений и флуоресцентных изображений с временным разрешением . Для оптимизации характеристик нового оптоакустического сканера “оптического” разрешения, состоящего из GRIN линзы и PVDF антенны разработана теоретическая модель. В разработанной модели учитываются процессы распространения и поглощения оптического излучения в биотканях с помощью метода Монте-Карло, а также процессы формирования и регистрации акустических импульсов с использованием численных методов k-Wave. Такой комплексный подход позволяет исследовать возможности оптоакустической микроскопии оптического разрешения и определить оптимальные частотно-геометрические характеристики оптоакустического сканера, обеспечивая формирование фокусной перетяжки оптического излучения на модельных кровеносных сосудах, расположенных вблизи поерхности биоткани, при сохранении безопасного режима облучения (до 20 мДж/см²), а также эффективную регистрацию термоупругих импульсов от сосудов ультразвуковой антенной ограниченной чувствительности (до 1 мкВ/Па), размещённой на поверхности ткани. Согласно результатам предварительного моделирования, протяжённый оптоакустический источник, возникающий при оптической фокусировке в сосуде, характеризуется дипольным типом излучения, что приводит к пространственной неоднородности регистрируемых сигналов в различных точках приёмной антенны. В результате, максимальная эффективность регистрации ультразвука достигается при использовании антенн с кольцевой конфигурацией. Для разработки и тестирования систем, комбинирующих оптоакустическую и флуоресцентную визуализации были созданы модельные объекты (фантомы) способные обеспечивать как флуоресцентный, так и оптоакустический отклики. Этого удалось добиться путем одновременного использования в фантомах индоцианина зеленого и его J-агрегата. Данные фантомы были охарактеризованы методами,спектрофотометрии, флуоресцентной и оптоакустической визуализации.