光聲成像技術的生物醫學論文范文

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1光聲成像的原理

由于不同的生物組織對激光的吸收系數不同，因而他們吸收的光能量大小也不同。在均勻的入射光照射下，不同的生物組織產生的光聲信號的強度也是不一樣的。這些信號是生物組織內部信息的反映，包含著生物組織內部的成分、結構等信息，基于生物組織內部的光學吸收系數分布，就可以獲得組織內部的組織結構、病理信息等。通過一定的方法對光聲信號進行采集、處理，并重建出組織結構圖形，結合生物組織中光學吸收系數的分布，可以定量分析組織結構的變化情況，即對生物組織進行功能成像，反映了組織內部微小的病變、血紅蛋白濃度、血氧濃度等重要參數。

2基于非聚焦單陣元探測器的光聲成像系統設計

光聲斷層成像系統采用非聚焦激光照射樣品，并采用非聚焦超聲換能器檢測被樣品照射區域周圍的光聲信號，從檢到的光聲信號，反演出成像區域生物組織的光吸收系數的空間分布，并且由此繪制組織被照射區域的光聲圖像。一般在光聲斷層成像的實驗研究中，為了簡化系統的復雜程，減少實驗成本，提高實驗穩定性，往往采用一個超聲換能器對生物組織進行旋轉掃描。

美國圣路易斯華盛頓大學的LiHongVWang在2003年時帶領研究小組利用非聚焦的單陣元超聲換能器對小鼠大腦進行光聲斷層成像，實現了對老鼠大腦皮層的高對比度成像，對大鼠腦部進行光聲斷層成像，血管成像結果與腦部解剖結果十分吻合。隨后各式各樣的單探頭掃描實驗系統用于小鼠的腫瘤生長、血管變化和外圍關節成像。使用單陣元非聚焦超聲換能器采集光聲信號，對于每次采集到的距離換能器不同半徑弧的光聲信號光聲信號，需對其求積分。因此不能采集單一方向的光聲信號，需要圍繞生物組織旋轉換能器，采集樣品各個方向的光聲信號，最終通過數值計算模擬出光聲圖像。該實驗裝置由于只需一個超聲換能器，信號采集電路比較簡單，成本較低。但由于加入了旋轉機構旋轉超聲換能器，實驗裝置的結構變得相對復雜，采集數據時間稍長，而且引入了機械振動誤差，成像結果受機械硬件影響較大。于是發展出陣列圓形掃描系統，采用這種方式的系統采集多個通道的光聲數據。可以有效地減少信號采集時間，因此這種采集方式被大多數實驗者采用。LihongV•Wang等首次用512個陣列的環形探頭實現了高分辨率的大腦血管實時成像，并對小鼠腦中的光聲造影劑進行了監控。V•Ntzi－achristos等也用64個陣元組成180°圓弧對小老鼠的腹部、胸部和心臟進成像，它的動態圖像幀頻能達到10Hz。

3結束語

光聲成像作為兼具光學與超聲成像優勢的一種新型無創的生物醫學成像技術，既具備光學高靈敏功能與分子成像的優勢，可診斷識別早期腫瘤病變，又具對數厘米深的生物組織進行高分辨成像的特點，近年來在國際上獲得了突飛猛進的發展。作為新出現的生物醫學影像技術，光聲成像對生物組織結構和功能成像具有指導意義，為研究生物組織的形態結構、生理病理特征、代謝功能等提供了重要手段。與傳統生物醫學光學技術相比,光聲成像方法確實具有獨特的優勢。同時，為了推動光聲成像技術的發展，研究人員針對癌癥、心腦血管病等重大疾病開展了多項臨床研究。該技術的進步，必將對相關醫療器械產業的發展產生重要影響。

作者：黃弘韜曾兵段佳明黃文峰單位：成都理工大學