频域光声成像系统的探讨

本文研究频域光声成像系统,即频域光声断层成像系统和频域光声显微系统,并探讨了其成像模式:线性频率调制模式、离散频率调制模式和复合频率调制模式。

基于光纤的反射模式的声分辨光声显微系统

提出一种简单的基于光纤照明的暗场反射型声分辨光声显微(AR-PAM)系统。9根光纤均匀分布在超声换能器周围,每根光纤与声换能器中心轴线夹角为45°,光纤传输脉冲激光进入样本内部,形成一个中心无光的环形聚焦区域,与声换能器的焦面重合,实现暗场共焦光声成像。声换能器的中心频率为50 MHz,带宽为30 MHz,声透镜的焦距为4.1mm,F值为1.4。使用本文系统分别对打印的200μm宽黑格子和大鼠耳朵进行扫描成像实验,成像的黑格子宽度与实际宽度相符合,而且在大鼠耳朵扫描图像上可以清晰分辨出扫描部位的血管。实验结果证明,基于简单光纤照明的共焦暗场AR-PAM系统具有较高的分辨率、对比度和大的成像深度。

光声成像技术

光声成像是在最近一段时间里发展飞速的一种非侵入式的三维成像技术,它不仅包含纯光学成像的高对比度的特性,也有纯超声成像的高穿透深度的特性,因此光声成像可以得到高分辨率和高对比度的组织成像。这种技术为研究生物组织的结构形态、代谢功能、生理特征以及病理特征等提供了非常重要的手段,在整个组织结构以及功能成像上有着非常广泛的应用前景。本文主要是对光声成像技术的原理、光声成像技术和方法、光声成像在生物医学上的应用情况作一个简单介绍。

《PLoS综合》:血管内超高分辨光声显微系统研制成功

中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所生物医学光学与分子影像研究室宋亮课题组携手相关单位，在国际上率先研制出成像分辨率高达19．6微米的血管内超高分辨光声显微成像系统，有望为急性心脑血管事件的介入诊断和治疗提供革新的技术手段。3月20日，相关研究成果发表在国际著名学术期刊《公共科学图书馆》（PLOSONE）杂志上。

基于焦区积分的高分辨率光声变焦显微成像

光声显微成像兼具高光学组织对比度,以及超声的高穿透深度和高空间分辨率的优点。但一方面在光声显微成像中,组织深层目标易被浅表目标屏蔽,另一方面其横向分辨率与焦深的矛盾一直限制了光声显微的成像质量。针对这两个问题,本实验搭建了一套基于超声分辨的光声显微成像系统。其采用一种非共轴的照明-探测方式来减少浅层组织对深层信息的影响,并且采用一种新的焦区积分算法来进行数据的处理,结合多次纵向变焦扫描来实现深层组织的高分辨探测。仿体实验表明,该方法可以在不同纵向深度上保持约0.6 mm的横向分辨率,与理论值相接近。裸鼠肿瘤成像结果表明,本文所提出的方法可以比普通的背向探测声聚焦光声显微成像方法在深度方向上获取更多的信息。随着超快脉冲激光和高速扫描方式的发展,本文所提出的方法有望在脑部血管成像、宫颈癌内窥成像、浅表肿瘤成像等方面得到较好的应用。

散射光声探测技术及其成像方法

为了实现强散射样品的光声显微成像,提出了一种散射光声显微成像新技术。利用散射光声效应原理,成功设计研制了散射光声探测器。散射光声探测器由散射光声腔、耦合腔、微通道以及微音器组成。利用该探测器探测样品的散射光声信号,然后结合共焦扫描成像技术实现了强散射样品的光声显微成像,获得了二氧化硅微球和口腔上皮细胞等各种不同散射样品的光声显微图像。实验结果表明,散射光声显微成像技术可以极大地改善图像对比度和增强图像边缘,对于工业、大气等方面的微粒直径测量具有重要的应用意义。

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。