Ένα πολύπλοκο λέιζερ που μπορεί να απεικονίσει βαθείς ιστούς στο σώμα μας, δείχνει το επίπεδο της υγείας μας ανάλογα με το πόσο ενυδατωμένοι είμαστε. Το νερό είναι ζωτικής σημασίας για τη λειτουργία του οργανισμού μας και ειδικότερα του μεταβολισμού μας. Όμως η μέτρηση της ποσότητας νερού στο σώμα μας, ιδιαίτερα στους ιστούς που βρίσκονται βαθιά στο σώμα, είναι εξαιρετικά δύσκολη διαδικασία χωρίς κάποια επέμβαση.
Την ίδια στιγμή η απεικόνιση με υπερήχους έχει αποδειχθεί ως ένα εξαιρετικά σημαντικό εργαλείο για τις βιοϊατρικές επιστήμες. Η εξέλιξη στην τεχνική των υπερήχων είναι η φωτοακουστική απεικόνιση (PAI). Με αυτήν, το δέρμα ή ο ιστός που μας ενδιαφέρει, απορροφά τους παλμούς του φωτός λέιζερ. Η θερμοελαστική διαστολή του δέρματος ή του ιστού εκπέμπει ήχο. Ειδικό μηχάνημα επεξεργάζεται τον ήχο αυτό, για την παραγωγή εικόνων υψηλής ανάλυσης. Η τελευταίες εξελίξεις θεωρούν πως δονητική φωτοακουστική απεικόνιση θα μπορούσε να διεισδύσει περαιτέρω στο δέρμα. Με τη θεώρηση αυτή κατά νου, ερευνητική ομάδα από το Πανεπιστήμιο του Χονγκ Κονγκ ανέπτυξε ένα ειδικό λέιζερ που λειτουργεί σε συνδυασμό με ένα φωτοακουστικό μικροσκόπιο για να χαρτογραφήσει την περιεκτικότητα του σώματος σε νερό. Δημιουργώντας μια εικόνα υψηλής ανάλυσης που μπορεί να δείξει σημαντικές λεπτομέρειες, η ερευνητική ομάδα ελπίζει να ανοίξει νέους δρόμους για έρευνα.
Συγκεκριμένα, εργασία που δημοσιεύτηκε στο eLight, από ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τον καθηγητή Κένεθ K. Y. Γουόνγκ του Πανεπιστημίου του Χονγκ Κονγκ ανέπτυξε έναν υψηλής ισχύος υβριδικό πομπό λέιζερ σχεδιασμένο να διεισδύει βαθιά στο δέρμα. Η εργασία, με τίτλο «Υβριδικός οπτικός παραμετρικά ταλαντευόμενος πομπός στα 1930 nm για ογκομετρική φωτοακουστική απεικόνιση της περιεκτικότητας σε νερό», προσπάθησε να χαρτογραφήσει την περιεκτικότητα σε νερό στο σώμα για να αναλύσει τις βιολογικές ιδιότητες των κυττάρων, ιστών και οργάνων. Η τεχνική PAI δημιουργεί εικόνες υψηλής ανάλυσης με χαμηλό λόγο σήματος προς ήχο (SNR). Για να επιτευχθεί αυτός ο στόχος, ο παλμός του λέιζερ πρέπει να έχει υψηλή ενέργεια, η επανάληψη των παλμών να έχει γρήγορο ρυθμό και ο συντονισμός του μήκους κύματος να είναι ακριβής. Το νερό απορροφά ενέργεια σε ένα σχετικά χαμηλό μήκος κύματος περίπου 1000 nm, το οποίο συνήθως απαιτεί παλμική ενέργεια επιπέδου milli-joule. Αυτό το είδος ενέργειας αφενός μπορεί να κάψει το δέρμα και αφετέρου, τα λέιζερ που λειτουργούν σε αυτό το επίπεδο είναι ακριβά.
Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε έναν υψηλής ισχύος υβριδικό οπτικό πομπό ακτίνων παραμετρικά ταλαντούμενο (HOPE) που εκπέμπει ίνες λέιζερ στα 1930 nm. Πρόκειται για το καλύτερο μήκος κύματος σε ότι αφορά τον προσδιορισμό της περιεκτικότητας σε νερό σε ιστούς και λίπη. Το HOPE εκπέμπει παλμούς λέιζερ κάθε 15 νανοδευτερόλεπτα (ns), με εύρος ζώνης 1 nm. Η ερευνητική ομάδα επαλήθευσε την απόδοση του συστήματός της μέσω ενός συστήματος φωτοακουστικού μικροσκοπίου με οπτική ανάλυση που αποδεικνύει την υπόθεση εργασίας. Η ομάδα διαπίστωσε ότι το σύστημα των 1930 nm βελτίωσε το βάθος διείσδυσης κατά 2,4 mm. Ο στόχος επιτεύχθηκε από τη μείωση της σκέδασης φωτονίων στον ιστό, με τη χρήση λέιζερ μικρότερου μήκους κύματος κοντά στο υπέρυθρο. Η βελτίωση της διεισδυτικότητας της ακτίνας θα μπορούσε να διευκολύνει την απεικόνιση της περιεκτικότητας σε νερό στον βαθύ ιστό και τη μέτρηση της ποσότητας του νερού.
Με τη σειρά της, η καλύτερη μέτρηση της περιεκτικότητας σε νερό θα μπορούσε μελλοντικά να βελτιώσει την ποιότητα της διάγνωσης μέσω του νέου τρόπου απεικόνισης. Με την πρόοδο αυτή, ανοίγουν νέοι δρόμοι στη βιολογική έρευνα και διάγνωση ασθενειών, εκτιμούν οι ερευνητές.
