Miniature Probe for Optomechanical Focus-Adjustable Optical-Resolution Photoacoustic Endoscopy

光学(聚焦) 光学 分辨率(逻辑) 图像分辨率 镜头(地质) 材料科学 生物医学工程 计算机科学 物理 人工智能 医学
作者
Siqi Liang,Jiasheng Zhou,Zhendong Guo,Da He,Wenzhao Yang,Zhanhong Ye,Weihao Shao,Lili Jing,Sung‐Liang Chen
出处
期刊:IEEE Transactions on Medical Imaging [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:42 (8): 2400-2413 被引量:3
标识
DOI:10.1109/tmi.2023.3250517
摘要

Photoacoustic microscopy (PAM) is a promising imaging modality because it is able to reveal optical absorption contrast in high resolution on the order of a micrometer. It can be applied in an endoscopic approach by implementing PAM into a miniature probe, termed photoacoustic endoscopy (PAE). Here we develop a miniature focus-adjustable PAE (FA-PAE) probe characterized by both high resolution (in micrometers) and large depth of focus (DOF) via a novel optomechanical design for focus adjustment. To realize high resolution and large DOF in a miniature probe, a 2-mm plano-convex lens is specially adopted, and the mechanical translation of a single-mode fiber is meticulously designed to allow the use of multi-focus image fusion (MIF) for extended DOF. Compared with existing PAE probes, our FA-PAE probe achieves high resolution of $3- 5\,\,\mu \text{m}$ within unprecedentedly large DOF of $>$ 3.2 mm, more than 27 times the DOF of the probe without performing focus adjustment for MIF. The superior performance is first demonstrated by imaging both phantoms and animals including mice and zebrafish in vivo by linear scanning. Further, in vivo endoscopic imaging of a rat’s rectum by rotary scanning of the probe is conducted to showcase the capability of adjustable focus. Our work opens new perspectives for PAE biomedical applications.
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