偏振光声成像技术的研究与发展

生命体是一个高度有序化的结合体,细胞和组织的基本生物过程本质上受生物分子构象和排列的控制,其中生物分子的排列有序度、取向、螺旋和折叠等特征与生物组织的生理功能密切相关.偏振成像可以获取生命体或材料的微观排列结构,取向和手性等构象信息,在材料学检测,生物影像领域得到了广泛的应用,但其成像深度和解析偏振信息等方面存在困难.光声成像以电磁波为激发源,以超声为载体传递信息,成为一种结合光学高对比度和超声深穿透性的无损成像方式,利用扩散光子激发目标并检测由此产生的声响应可以打破光学扩散极限的限制.近年来一种偏振光声成像技术作为偏振光学成像的补充,在保证成像深度的同时可以获取介质的三维偏振信息,为组织的偏振测量提供了一种有效而直接的策略,预示着在生物成像和材料检测两方面的巨大潜力.本文总结了偏振光声成像技术的发展,首先阐明了偏振光声成像的物理原理和技术方法,随后从生物组织成像和纳米材料检测两个应用领域展开介绍了偏振光声显微成像、偏振光声计算层析成像和偏振光声纳米材料分子成像的相关研究进展,并且简要论述了偏振光在组织中传播时因颗粒尺寸、密度、排列等因素产生的退偏情况,最后展望了偏振光声成像的应用前景.

生物医学影像中的光声成像技术

光声成像结合了光学成像的高对比度和超声成像的深穿透性优势,能够利用内源性、外源性造影剂对比显示组织的结构、功能、代谢特征和分子、动力学信息等,同时可以实现从细胞器、细胞、组织到器官的多尺度成像,在生物医学研究中发挥着越来越重要的作用。简要回顾了光声成像的基本原理,重点总结了光声计算断层成像(PACT)、光声显微成像(PAM)、光声内窥成像(PAE)和光声分子成像近年来的研究热点及技术进展,主要涉及成像探测方式的选择与改进、低成本激发光源的替代方案、图像重建算法的进步、系统成像速度和分辨率的提高以及分子探针的新兴设计策略等,最后展望了光声成像的应用前景。