光聲成像及其應(yīng)用

關(guān)于光聲成像及其應(yīng)用第一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日1引言2光聲成像技術(shù)的原理與進(jìn)步3光聲成像技術(shù)的應(yīng)用和展望第二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日1引言醫(yī)學(xué)成像對(duì)各種疾病的診斷和治療具有重要的意義。但傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像總有一些缺點(diǎn)，因此，人們期待一種無(wú)損的、非電離的、具有高穿透深度和高對(duì)比度的成像方式的出現(xiàn)，光聲成像技術(shù)就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。第三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)成像1、X射線層析成像X射線成像是根據(jù)生物組織的密度進(jìn)行成像，因此對(duì)某些情況如軟組織的病變則無(wú)法判斷。2光聲成像技術(shù)的原理與進(jìn)步第四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日2、光學(xué)相干層析成像（OCT）OCT成像是純光學(xué)成像方法，由于人體許多組織都是強(qiáng)散射或強(qiáng)吸收介質(zhì)，而光在強(qiáng)散射組織中的成像，只能達(dá)到1mm左右。第五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日3、核磁共振成像（MRI)MRI技術(shù)是利用核磁共振原理，但是設(shè)備昂貴且具有輻射。第六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日4、超聲成像超聲成像技術(shù)的成像深度雖然比光學(xué)成像方法深，但其主要依賴與生物組織的聲阻抗不匹配成像，而生物組織體內(nèi)某些腫瘤的聲阻抗與正常軟組織無(wú)明顯差異，從而限制了超聲成像技術(shù)的使用范圍。第七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日光聲效應(yīng)是生物醫(yī)學(xué)光聲成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)。所謂光聲效應(yīng)是指當(dāng)寬束短脈沖激光照射生物組織時(shí)，組織內(nèi)的吸收體(如腫瘤和血管等)吸收了光能量之后發(fā)生局部的溫升，促使組織發(fā)生熱彈性膨脹，產(chǎn)生超聲波的過(guò)程；光聲成像技術(shù)是根據(jù)生物組織對(duì)光的吸收分布反演組織結(jié)構(gòu)的一種新興的成像模式，它集合了純光學(xué)成像技術(shù)的高對(duì)比度以及純超聲成像技術(shù)的高分辨率、高穿透深度等優(yōu)點(diǎn)，非電離且能夠?qū)M織功能成像，該項(xiàng)技術(shù)為臨床醫(yī)學(xué)提供了一種新穎的成像診斷方法。2.2光聲成像技術(shù)的原理第八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日2.3光聲成像技術(shù)的進(jìn)步第一，探測(cè)光聲信號(hào)的技術(shù)路線增多。例如：利用聚合物光纖和馬赫--曾德干涉儀實(shí)現(xiàn)環(huán)形光學(xué)探測(cè)，提高了信號(hào)探測(cè)的效率；以單一脈沖激光作為光源，采取平行探測(cè)方式實(shí)現(xiàn)三維光聲成像。第二，光聲成像在提高成像速度方面取得了重要進(jìn)步。首先，脈沖激光光源的重復(fù)頻率提高了，加快了光聲信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程，大大縮短了信號(hào)采集的等待時(shí)間。其次，采集速率的提高節(jié)省了數(shù)據(jù)采集時(shí)間，提高了成像速度。采集速率的提高主要有兩種方法：一是使用多個(gè)采集卡同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提高硬件設(shè)備水平，提供足夠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，壓縮信號(hào)采集的同步時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)快速采集，但引發(fā)第九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日的問(wèn)題是需要解決多個(gè)采集卡之間的匹配問(wèn)題；二是將采集多次平均數(shù)據(jù)改為單次采樣，這樣產(chǎn)生的問(wèn)題是所得測(cè)量數(shù)據(jù)的信噪比降低，需要從弱信號(hào)中提取目標(biāo)信號(hào)，因此就涉及到數(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)化選擇，較為常見(jiàn)的數(shù)據(jù)處理方法有小波分析法和信號(hào)補(bǔ)償法。再者，掃描系統(tǒng)硬件方面已從常規(guī)的用步進(jìn)電機(jī)控制超聲換能器探頭移動(dòng)的掃描方式改進(jìn)為使用二維振鏡使光源發(fā)生偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像，這樣在加快成像速度的同時(shí)也大大減小了因步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行給系統(tǒng)帶來(lái)的強(qiáng)噪聲干擾，達(dá)到了一舉兩得的效果。

第三，圖像的分辨率得到了很大的改善。LihongV.Wang小組通過(guò)物鏡聚焦光束實(shí)現(xiàn)分辨率為2um的成像第十頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日使得成像分辨率從超聲分辨水平發(fā)展到了光學(xué)分辨水平，實(shí)現(xiàn)了圖像分辨率的重大突破。第十一頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日3光聲成像技術(shù)的應(yīng)用和展望光聲成像在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用光聲成像的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)與展望第十二頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

腦成像

由于腦組織的光學(xué)吸收與血氧消耗以及腦生理狀態(tài)等密切相關(guān),光聲成像可用于研究腦組織結(jié)構(gòu)和腦功能。通過(guò)監(jiān)控腦血氧的動(dòng)力學(xué)變化,可以得到腦神經(jīng)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息和功能特征信息,在神經(jīng)生理學(xué)和神經(jīng)病理學(xué)中具有重要的應(yīng)用前景。光聲成像在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用第十三頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

黑色素的檢測(cè)以及皮膚黑色素瘤的成像

光聲成像可提供黑色素瘤的大小、深度、血管形成、血氧含量信息，這些指標(biāo)是判斷腫瘤的重要信息.圖1利用光聲顯微技術(shù)對(duì)黑瘤病中黑色素的尺度、分布以及周?chē)茉錾闆r進(jìn)行成像第十四頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

腫瘤血管成像在腫瘤的光動(dòng)力治療中血管損傷是腫瘤治療的一條重要途徑。可以利用高分辨率的光聲圖像觀測(cè)腫瘤治療過(guò)程血管的損傷情況。

第十五頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

結(jié)構(gòu)成像光聲成像技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)類(lèi)似超聲成像技術(shù)達(dá)到的深層組織成像,但是光聲成像系統(tǒng)是一種新型的無(wú)損傷活體成像模式，它同時(shí)具備光學(xué)成像的高對(duì)比度特性和超聲成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高對(duì)比度的組織成像。小鼠臟器圖第十六頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

眼科成像激光是目前治療眼科疾病的較好選擇，光聲成像能夠?qū)ρ劬Φ暮缒ぁ⒔逘铙w等無(wú)損的成像，可以有效輔助醫(yī)生進(jìn)行眼科疾病的診斷和治療，因此，光聲成像技術(shù)在眼科方面具有廣闊的應(yīng)用前景第十七頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

光聲成像的優(yōu)點(diǎn)(1)該技術(shù)采用非電離波段,而且成像過(guò)程中不改變生物組織的屬性,故是無(wú)創(chuàng)的檢測(cè)手段;(2)產(chǎn)生的光聲信號(hào)和組織的生理狀態(tài)的關(guān)系較容易界定;(3)有潛力與純的超聲或光學(xué)的成像技術(shù)相結(jié)合,可獲得更多的診斷信息;(4)成像深度和成像分辨率可根據(jù)實(shí)際中醫(yī)學(xué)應(yīng)用的需要進(jìn)行調(diào)整.第十八頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日

總結(jié)與展望

光聲成像技術(shù)是一種新興的、無(wú)損的光學(xué)技術(shù)與超聲技術(shù)相結(jié)合的檢測(cè)技術(shù)，不論是在理論研究還是在臨床應(yīng)用方面都將擁有廣闊的前景。光聲成像技術(shù)的發(fā)展顯示了它能對(duì)生物組織內(nèi)一定深度病灶組織的結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)信息高分辨率、高對(duì)比度成像，而其他技術(shù)則暫不具有這樣的功能。第十九頁(yè)，共二十一頁(yè)，2022年，8月28日從光聲成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的不斷發(fā)展可以了解到，光聲成像技術(shù)將可能向多模式結(jié)合方式發(fā)展，譬如光聲與超聲結(jié)合的雙模式結(jié)構(gòu)，以及最新的光聲與OCT（光學(xué)相干層析成像）相結(jié)合的模式等等。光聲成像技術(shù)還將向分子成像方面拓展，在實(shí)驗(yàn)中使用外源性或內(nèi)源性造影劑來(lái)有效增強(qiáng)圖像對(duì)比度，提高成像分辨率，使得所