Φωτοακουστική απεικόνιση των οπτικών χαρακτηριστικών φακών επαφής

Η καθημερινή χρήση Φακών Επαφής (ΦΕ) από εκατομμύρια χρήστες απαιτεί την κατασκευή ενός τεράστιου αριθμού ΦΕ ετησίως. Επομένως, είναι αναγκαίο να υπάρχουν τεχνικές ποσοτικής αλλά και ποιοτικής αξιολόγησής τους. Για την σωστή και ολοκληρωμένη εκτίμηση των ΦΕ σε βιομηχανική κλίμακα, πρέπει να ληφθούν υπ’όψη ορισμένες παράμετροι, όπως οι οπτικές/γεωμετρικές ιδιότητες (καμπυλότητες, ισχύς, ασφαιρικότητα), η ελαστικότητα και ευκαμψία που σχετίζεται με την εφαρμογή του ΦΕ στην επιφάνεια του κερατοειδή, τα υλικά κατασκευής (δείκτης διάθλασης), η διαπερατότητα στο οξυγόνο κτλ. Η τεχνική αξιολόγησης πέρα από ακρίβεια, ορθότητα και επαναληψιμότητα είναι σημαντικό να διαθέτει ευκολία και ταχύτητα εφαρμογής, καθώς και σχετικά μικρό κόστος.

Στα πλαίσια μιας πρόσφατης μεταπτυχιακής εργασίας της Μαργαρίτας Τσαγκαράκης (στο ΜΠΣ "Oπτική και Οραση", Ιατρική Σχολή, Πανεπιστήμιο Κρήτης), που εκπονήθηκε στο ΙΤΕ με την επίβλεψη των συνεργατών μας φυσικών Γιώργο Τσερεβελάκη και Γιάννη Ζαχαράκη, αναπτύχθηκε για πρώτη φορά μια νέα μεθοδολογία για τον χαρακτηρισμό των γεωμετρικών και οπτικών ιδιοτήτων ΦΕ, η οποία βασίζεται στην φωτοακουστική μικροσκοπία οπτικής ανάλυσης (Optical Resolution Photoacoustic Microscopy, OR-PAM). Η απεικόνιση μέσω της OR-PAM επιτεύχθηκε μέσω της ανίχνευσης των ακουστικών κυμάτων που παράγονται σε ένα υλικό μέσο, έπειτα από την οπτική απορρόφηση ακτινοβολίας η οποία εκπέμπεται από μια παλμική ή διαμορφούμενης ισχύος πηγή λέιζερ. Παρά το γεγονός ότι η OR-PAM έως τώρα είχε εφαρμοστεί αποκλειστικά σε βιολογικά δείγματα, αποδείξαμε πως έχει τη δυναμική να απεικονίσει την πρόσθια και οπίσθια επιφάνεια ενός ΦΕ, έπειτα από την αντίστοιχη επίστρωσή τους με λεπτά στρώματα χρωστικών ουσιών, τα οποία χαρακτηρίζονται από διαφορετικές ιδιότητες οπτικής απορρόφησης. Χρησιμοποιώντας έτσι δύο μήκη κύματος (1064 και 532 nm) επιτεύχθηκε η διαδοχική απεικόνιση των επιφανειών, ενώ από το γινόμενο της χρονικής διαφοράς στα ακουστικά σήματα που παράχθηκαν στο κέντρο τους με την ταχύτητα του ήχου, υπολογίστηκε το κεντρικό πάχος του ΦΕ. Προσαρμόζοντας δευτεροβάθμια πολυώνυμα στις υπολογισμένες επιφάνειες, εξάχθηκαν οι χάρτες ακτίνας καμπυλότητας και διοπτρικής ισχύος τους, οι οποίοι μας επέτρεψαν τον υπολογισμό της συνολικής ισχύος του υπό μελέτη ΦΕ.

Για την κατάδειξη της προτεινόμενης μεθοδολογίας ως ενός ισχυρού εργαλείου μετρολογίας αλλά και ποιοτικής εξέτασης ΦΕ, χρησιμοποιήθηκε μια σειρά φακών επαφής, όπως σφαιρικοί ημίσκληροι αδιαπερατοί (άκαμπτοι) και μαλακοί φακοί, και έγχρωμοι και κοσμητικοί φακοί για περιπτώσεις ανιριδίας. Στην περίπτωση των ημίσκληρων, τα αποτελέσματα των μετρήσεων μέσω OR-PAM συγκρίθηκαν με τις τιμές του κατασκευαστή, από όπου διαπιστώθηκε υψηλή συμφωνία στις γεωμετρικές αλλά και οπτικές παραμέτρους των ΦΕ, αποδεικνύοντας την αξιοπιστία της συγκεκριμένης προσέγγισης. Συμπερασματικά, η ευκολία ανάπτυξης ενός τέτοιου απεικονιστικού συστήματος, σε συνδυασμό με την αξιοπιστία και το χαμηλό κόστος της μεθοδολογίας που ακολουθήθηκε, την καθιστούν κατάλληλη για μια ευρεία εφαρμογή σε βιομηχανική κλίμακα όσον αφορά τον ποιοτικό έλεγχο και τη βελτιστοποίηση των ιδιοτήτων των ΦΕ.

Τα καινοτόμα αποτελέσματα της συγκεκριμένης εργασίας μόλις δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Optics Letters.
Tserevelakis GJ, Tsagkaraki M, Tsilimbaris MK, Plainis S, and Zacharakis G (2017). Photoacoustic imaging methodology for the optical characterization of contact lenses. Opt. Lett.  42, 4111-4114