基于非线性光声的组织热凝固评估技术

组织的光吸收和通过组织的光通量差异显著影响了当前基于光吸收原理的光声技术对组织热凝固评估的准确性。该研究基于格鲁内森参数的温度依赖性,提出一种消除组织光吸收系数、光通量影响的热凝固评估光声技术。该方法首先通过水浴快速加热组织至41℃,采集不同温度对应的光声信号,基于格鲁内森参数与温度存在的线性关系得到光声信号振幅随组织温度变化的斜率常数。然后利用初始温度对应的光声信号对斜率归一化,即得到一个仅取决于温度依赖性的参数。由于含水量是影响信号温度依赖性的主要因素,而热凝固过程中的组织脱水会导致信号的温度依赖性减弱,因此,可根据归一化斜率减小量来进行组织状态评估。该文采用2种肌肉组织研究温升范围和初始温度对归一化斜率的影响,多次重复试验的结果显示当初始温度小于38℃时,可根据归一化斜率将正常与热凝固后的肌肉组织完全区分开,热凝固后组织的归一化斜率相较于正常组织下降了52.81%~63.47%。试验结果表明所提出的技术具有无损评估组织热凝固的潜力。

基于有限元仿真定量探究贵金属纳米探针自组装诱导的非线性光声效应增强机制

构建高转化效率的功能纳米探针是推动光声分子成像发展的关键。随着光声分子成像技术的发展,具有非线性增强光声转换效率的自组装纳米探针逐渐成为研究热点,然而有关其非线性增强的定量研究尚未见报道。本文以纳米金球为例,利用有限元仿真定量探究金属纳米探针自组装诱导的非线性光热及光声效应,揭示自组装纳米探针光声效应增强规律,为构建具备高转换效率的光声自组装纳米探针奠定了理论基础。

基于非线性热扩散效应的亚衍射极限光声二次谐波显微成像技术

本文提出了一种基于非线性热扩散效应的光声二次谐波显微SH-PAM成像技术,用于实现亚衍射极限光声成像。生物组织受到强度调制的高斯激光束辐射时,组织吸收光子形成高斯分布的温度场,由于热扩散系数非线性热效应引起的非线性光声PA效应,从而产生光声二次谐波信号。模拟和试验结果均表明,重建后的光声二次谐波成像的横向分辨率超过了传统光学成像分辨率。本文通过仿体样品验证了该方法的可行性,并且对人表层皮肤细胞进行了成像,以证明其对生物样品的成像能力。该方法扩展了传统光声成像的范围,为超分辨成像开辟了新的可能性,为生物医学成像和材料检测提供了新的方法。

双模光机械腔中冷原子的量子相变和超辐射相塌缩

在双模Dicke模型的基础上,研究了光场(模式1)与机械振子有非线性耦合的双模光机械腔中冷原子的量子相变.利用自旋相干态及变分法得到了系统基态能量的泛函.通过求解和判定稳定性,得到了相变点和基态相图.发现存在正常相和反转正常相的双稳态,超辐射相和反转正常相的共存态,以及单独存在的反转正常相.原子与两模光场相互作用强度的不同对相变点的值有较大影响,存在正常相经过相变点到超辐射相的量子相变.光-声子非线性耦合对相变点没有影响,但诱导了超辐射相的塌缩,存在一个转折点,经过转折点可以实现超辐射相到反转的正常相的量子相变.超辐射相的区域随着光子-声子耦合的增加而减小,在耦合的临界值处收缩为零,即转折点和相变点重合,并且有可能出现两个正常相之间的原子布居数的反转;光-声子的非线性耦合还产生了不稳定的非零光子态,它与超辐射态相对应.在不含机械振子时,回到双模Dicke模型的结果.