基于声学散射透镜的低成本光声断层成像方法

光声断层成像需要使用换能器阵列及多通道系统,硬件成本较高,制约了其广泛应用.为降低成本,设计了一种基于声学散射透镜的光声断层成像方法,利用声学多重散射过程中的多路径效应达到增大探测阵列等效数值孔径的作用,从而减少信号探测过程所需换能器数量.通过数值模拟实验,首先分析了散射透镜格林函数的精确测量方法,随后利用四个散射透镜共同作用实现了高质量光声断层成像,并对影响成像质量的相关因素进行了具体研究.提出的散射透镜无须复杂制作工艺或特殊材料,系统只需四个超声换能器即可实现快速成像,可降低光声断层成像系统的硬件成本.

高速128通道小动物多光谱光声断层成像系统

为了实现小动物光声断层信号的高速采集和实时高质量图像的重建,采用了覆盖角度为270°的128阵元弧形聚焦超声换能器、4个32通道的NI公司数据采集模块和可调谐脉冲激光器以及正则化优化的基于模型的光声断层重建算法。结果表明,系统的空间分辨率可以达到180μm;此系统可以在1ms内完成光声断层数据的采集,在40s以内获得高质量的重建图像。该系统可以用于开展小动物在体的多光谱光声断层成像实验研究。

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。

基于旋转多元阵列探测器的快速光声成像系统

为了快速得到高质量的光声重建图像,采用旋转多元线性阵列探测器,可改善投影不均匀的影响,重建复杂吸收体的光声像。由旋转不同角度数的光声像的仿真和实验表明,利用多元线性阵列探测器旋转扫描的光声像,能够更好地反映生物组织的光学吸收分布。该系统有望为组织的在体功能成像提供一种更方便快捷的装置和方法。

基于多元相控技术的一体化光声快速成像系统

利用多元相控技术发展了一体化光声快速成像系统,该成像系统集成了激光传输、光声激发和光声信号探测.多元线性阵列探测器以反射模式接收光声信号,并通过相控聚焦技术快速成像,得到了不同深度的猪油模拟样品的光声像和活体动物不同直径血管的光声像,系统的横向分辨率为0 .5 mm,光声采集成像时间为5 s .该一体化光声快速成像系统与现有的光声成像系统相比,具有快速方便等特点.

超声光散射断层成像与乳腺癌微血管密度的相关性研究

【目的】探讨乳腺癌超声光散射断层成像综合诊断指数(SDI)与微血管密度(MVD)的关系以及它们与临床病理特征的关系。【方法】采用超声光散射断层成像系统,研究131例乳腺良性肿块及142例乳腺癌患者,测量超声光散射断层成像综合诊断指数通过受试者工作特征曲线(ROC)确定乳腺癌的最佳诊断阈值。使用免疫组化法检测乳腺癌CD105标记的微血管密度。【结果】乳腺良性疾病与乳腺癌的SDI值分别:109±48、191±60。两者之间的差异有统计学意义(P<0.05)。经ROC曲线分析可得:SDI值的ROC曲线下面积为0.889,确定SDI值>141.2作为乳腺癌的最佳诊断阈值。SDI值与MVD值呈正相关。SDI值、CD105标记的MVD值与肿瘤大小、淋巴结转移、TNM分期、CerbB-2表达有关(P<0.05),与ER、PR表达无关(P>0.05)。【结论】超声光散射断层成像综合诊断指数与乳腺癌微血管密度密切相关,可以间接反映血管生成活性,对于对乳腺癌的诊断、病情判断具有有重要的指导意义。

数字乳腺断层X线摄影与超声光散射断层成像诊断早期乳腺癌的对比研究

目的比较数字乳腺断层X线摄影(DBT)与超声光散射断层成像(OPTIMUS)对早期乳腺癌的诊断价值。资料与方法回顾性收集2019年2月—2020年6月于昆明医科大学第一附属医院同时接受DBT和OPTIMUS检查的158例乳腺癌患者共158个病灶,根据病灶形态分为肿块型及非肿块型,根据病灶大小分为直径≤1 cm及直径>1 cm。以乳腺影像报告和数据系统分类作为诊断依据,以病理结果作为“金标准”,绘制受试者工作特征曲线,比较DBT和OPTIMUS对早期乳腺癌的诊断效能、漏诊率及误诊率。结果DBT和OPTIMUS诊断早期乳腺癌的曲线下面积分别为0.805和0.972,差异有统计学意义(Z=3.985,P<0.001)。在肿块型病灶、非肿块型病灶及直径≤1 cm病灶分组中,DBT和OPTIMUS诊断早期乳腺癌的曲线下面积差异均有统计学意义(Z=2.250、2.315、3.835,P<0.05)。DBT和OPTIMUS诊断早期乳腺癌的特异度分别为33.33%(4/12)和75.00%(9/12),误诊率分别为66.67%(8/12)和25.00%(3/12),差异有统计学意义(P=0.007);DBT和OPTIMUS诊断早期乳腺癌的敏感度分别为90.41%(132/146)和95.89%(140/146),漏诊率分别为9.59%(14/146)和4.10%(6/146),差异无统计学意义(P>0.05)。结论OPTIMUS诊断早期乳腺癌的整体效能优于DBT,尤其适合诊断直径≤1 cm的病灶;DBT对非肿块型早期乳腺癌的诊断效能优于OPTIMUS,更适合检出非对称结构、结构扭曲等病灶;临床诊断乳腺癌时,对于触诊阴性病灶更适合采用OPTIMUS,对于不对称增厚病灶更合采用DBT。

生物组织微波热声断层成像超声传感器线性扫描定位系统的设计

目的:设计应用于生物组织微波热声断层成像中的超声传感器扫描定位系统。方法:应用单片计算机技术及绝对位置编码器对超声传感器进行定位。结果:在系统扫描范围内实现20μm直线定位精度。结论:在诊断显像研究中,本系统定位精度可使超声传感器定位误差对图像重构的影响忽略不计,满足系统设计要求。

基于DAS的光声断层图像重建算法研究

由于基于模型类的重建算法重建速度慢、难以实现实时重建。为解决这一问题,本文采用基于延迟求和(DAS)的光声重建算法对图像进行重建。该算法以像素点为基础,计算其到各个传感器的相角。如果在传感器的空间接收范围内,则计算与传感器距离并且计算延迟,从而计算对应强度,最后将各个范围内传感器的强度累加,求得最终该像素点的光吸收强度。本文采用模拟数据,模拟声源发声、组织内的传播和探测器的接收,最后通过探测器接收到的数据,采用延迟求和(DAS)法重建图像。经实验验证,DAS算法在重建过程中能够快速重建图像,适合实时光声断层图像重建。

自建光声超声双模态成像系统的肿瘤成像分析

现有B超成像可以提供基于声阻抗差异的组织解剖结构信息,而近年来研究发现,光声成像可以提供标记组织成分的分布和功能信息。本文基于商用B超仪和脉冲激光系统建立了光声超声双模态成像系统,实现了超声组织结构成像和光声生物功能的同时成像。首先基于血红蛋白在某些波段的较强吸光性,实现了肿瘤内部组织血管灌注图像;其次用链接有靶向抗体的纳米颗粒作为靶向光声造影剂,对恶性肿瘤边缘和内部的血管以及血管附近的肿瘤组织进行了成像。最终,通过超声和光声的融合图像提供的肿瘤结构信息与光声图像提供的肿瘤功能信息,可以准确识别肿瘤组织。

基于超声干涉测量的光声断层成像方法性能优化

生物组织声学参数的不均匀性是光声断层成像技术面临的棘手问题,基于超声干涉测量的光声断层成像方法已被初步证明可以适用于声参数不均匀情形,但对如何取得最佳成像效果缺少深入研究。针对这一问题,该文将基于超声干涉测量的光声断层成像方法应用于同时含有声速不均匀和随机声散射现象的复杂成像媒质模型,并对如何优化成像效果开展相关研究。该文首先验证了该方法在数值模型中的有效性,随后针对相关测量参数与成像质量之间的关系开展定量研究,提出了优化成像效果的方法。结果表明,设计适合的波形滤波器、合理选择干涉测量过程中超声信号的中心频率均可优化成像效果,该文的相关研究结果可为进一步拓展基于超声干涉测量的光声断层成像的应用范围提供参考。

一种基于格子玻尔兹曼前向模型的荧光扩散断层成像系统

荧光扩散断层成像(Fluorescence Diffuse Optical Tomography,FDOT)对于医学诊断、药物研究等生物医学应用具有重要意义。通过FDOT,可以定量、无创地获得生物组织中的荧光探针分布,从而实现相应目标的三维定位和检测。为了降低FDOT的使用成本,该研究设计了一套以格子玻尔兹曼(Lattice Boltzmann)前向模型为核心的FDOT系统。该系统集成了光传播模拟和FDOT重建两大功能,具体由参数模块、算法模块、结果显示模块和数据交互模块组成。为了验证该平台的有效性,该研究进行了光传播模拟实验和FDOT重建实验,并分别对比了蒙特卡罗的光传播模拟结果和待重建标记物的真实位置。实验表明,该研究提出的FDOT系统有着良好的可靠性,并具有很高的推广价值。

多谱线光声断层摄影术的癌症异质性光学成像

目的考察多谱线光声断层摄影术(MSOT)在展示目标外源物质的不均匀分布状况和活体样本恶性肿瘤中直径在毫米级的血管的特征等方面的能力。材料与方法实验中涉及的对动物的操作经上巴伐利亚行政区政府批准。研究人员使用一台MSOT装置(产生横断面图像速度为10帧/s,平面内分辨率约为150μm)对小鼠皮下肿瘤进行成像。为了研究动态对比强化,研究人员系统性地对3只患4T1型肿瘤的小鼠进行注射吲哚菁绿(ICG)操作,并在该操作前、注射时及注射后20 min,4 h和24 h对上述小鼠进行成像。荧光显微镜成像结果被用于对比。靶向荧光剂(注射6 h后)和血红蛋白氧合物的MSOT同时进行(4T1型肿瘤:n=3)。冰冻切片的荧光显微镜成像结果被用于验证上述结果。研究人员利用长循环时间金纳米棒对由于渗透性增加和肿瘤(4T1型肿瘤:n=4,HT29型肿瘤:n=3,A2780型肿瘤:n=2)内的滞留产生的积聚效应进行评估(注射前,注射时,注射后1 h,5 h和24 h)。暗场显微镜检查结果被用于验证上述结果。结果吲哚菁绿可用于动态对比强化。与荧光显微镜成像对比,MSOT显示了肿瘤内药剂的不均匀分布。靶向荧光剂和脱氧血红蛋白的同时成像让研究人员除目标药物摄取程度外,还可以了解肿瘤内的血管系统。久而久之在MSOT影像中看到的肿瘤中的金纳米棒的积聚过程,也呈异质性吸收。结论 MSOT技术可用于肿瘤的即时高空间分辨率观测,用以展示目标荧光染料、纳米材料以及肿瘤内部血管网的影像资料。

深圳先进技术研究院成功研制消化道内光声/超声双模内镜成像系统

据J Biophotonics（2018 Apr10：2201800034.doi：10.1002/jbio.201800034.）2018年4月10日报道,中国科学院深圳先进技术研究院医工所生物医学光学与分子影像研究室在光声消化道内镜成像领域取得新进展。该研究团队成功研制可进行360°全视场成像的光声/超声双模内镜成像系统,并可同时获取消化道壁血管（光声图像）和消化道壁组织结构（超声图像）的三维信息。肿瘤的发生、发展及转移与肿瘤滋养血管密切相关,在肿瘤形成的初早期,就会出现滋养血管的形态学和功能学上的变化。

光声断层扫描系统介绍

答：多光谱光声断层扫描系统（multispectral optoacoustic tomography,MSOT）主要是利用了光声成像原理。光声成像是近年来发展起来的一种无创医学成像方法,是根据生物组织对光的吸收分布反映组织结构的一种新兴的成像模式。该技术检测的是超声信号,

多波长光声信号的时域与频域比较

为了分析在不同激发波长下不同组织/目标光声信号的时域与频域特点和差异,根据光声信号产生的基本原理,采用光声信号时域和频域分析方法,设计了石墨仿体和离体组织等不同样品的多光谱光声实验。结果表明,样品的光声信号在时域与频域所展示的性能有很大的不同,不同样品的光声信号的声谱是不同的,且在不同激发波长下的声谱的峰值所对应的频率均相同,因而可以用于组织特性的描述、组分识别等用途。此研究有助于利用光声成像实现组织识别,并为进一步利用频谱分析方法研究多光谱光声成像奠定了基础。

生物组织光声成像技术综述

光声成像是一种低功率、非电离的成像方式,既具有声学方法对深层组织成像分辨率高的优点,又具有光学方法在功能成像、分子成像方面具有高对比度的优势。本文回顾了近年来,光声成像技术在生物医学领域的研究进展,介绍了光声成像的基本成像原理。以此为基础,本文介绍了光声成像的两种主要成像方案:光声断层成像和光声显微镜,并且讨论了光声成像在获取生物组织化学成分信息和微结构信息方面的优越性;最后,本文对光声成像技术的优点和应用前景进行了总结。

超声光散射乳腺成像诊断乳腺癌假阳性率分析

目的:超声光散射乳腺成像系统(OPTIMUS)是多模式的可以进行早期乳腺癌普查、诊断及疗效检测的系统。本研究回顾经手术后病理证实的160例乳腺肿瘤的OPTIMUS系统表现与病理结果对比分析,评价OPTIMUS系统的临床应用价值。方法:对160例乳腺肿瘤患者进行OPTIMUS系统检查,将检查结果及手术病理进行总结,并与相应的钼靶及超声结果进行对比,用卡方检验分析结果有无统计学差异。结果:OPTIMUS系统诊断良性病变42例,恶性病变118例。术后病理诊断良性病变60例,恶性病变100例。假阳性率为30.0%,假阴性率为0。OPTIMUS系统诊断乳腺癌准确性88.8%(142/160),敏感性100.0%(100/100);相应超声及钼靶检测准确性分别为87.6%和87.1%,无统计学差异;敏感性分别为86.8%和87.1%,与OPTIMUS系统有统计学差异。结论:OPTIMUs系统对诊断乳腺恶性肿瘤的准确性及敏感性较高,是提高乳腺良恶性病变鉴别诊断的有效方法。

基于探测超声的生物组织无损光声层析成像

利用一束单频探测超声穿过由脉冲激光照射产生的光声激发区域,使之与光致声场产生相互作用,光声信号将耦合到探测束上,再解调探测超声来重建光吸收区域的图像,可以得到丰富的组织信息.该信息不仅反映了组织中光吸收的特性,也反映了组织的声学特性.实验中,通过旋转超声探测器进行数据采集,并利用滤波反投影算法重建图像,可得到高信噪比的光声层析图像.由于激光的窄光谱线宽,其吸收是特征分子选择性的,所以此方法既是一种无损伤的结构层析成像方法,也可用于组织的功能成像.

生物医学光声成像的研究进展

光声成像是21世纪初发展起来的新兴的生物医学成像技术,它同时具备光学成像和声学成像两者的优点,因而备受关注。本文对生物医学光声成像的发展进行了综述。首先,介绍了光声成像的特点以及相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点;其次,在成像原理上解释了光声成像优点的成因,并介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像技术;再次,详细介绍了多尺度的光声图像分辨率和成像深度,以及多信息维度的光声成像参数;最后,展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性。