光聲成像技術(shù)的生物醫(yī)學(xué)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(shù)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(chǎn)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(nèi)部信息的反映，包含著生物組織內(nèi)部的成分、結(jié)構(gòu)等信息，基于生物組織內(nèi)部的光學(xué)吸收系數(shù)分布，就可以獲得組織內(nèi)部的組織結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)圖形，結(jié)合生物組織中光學(xué)吸收系數(shù)的分布，可以定量分析組織結(jié)構(gòu)的變化情況，即對生物組織進行功能成像，反映了組織內(nèi)部微小的病變、血紅蛋白濃度、血氧濃度等重要參數(shù)。

2基于非聚焦單陣元探測器的光聲成像系統(tǒng)設(shè)計

光聲斷層成像系統(tǒng)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(qū)域周圍的光聲信號，從檢到的光聲信號，反演出成像區(qū)域生物組織的光吸收系數(shù)的空間分布，并且由此繪制組織被照射區(qū)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(tǒng)的復(fù)雜程，減少實驗成本，提高實驗穩(wěn)定性，往往采用一個超聲換能器對生物組織進行旋轉(zhuǎn)掃描。

美國圣路易斯華盛頓大學(xué)的LiHongVWang在2003年時帶領(lǐng)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(xiàn)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(jié)果與腦部解剖結(jié)果十分吻合。隨后各式各樣的單探頭掃描實驗系統(tǒng)用于小鼠的腫瘤生長、血管變化和外圍關(guān)節(jié)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(zhuǎn)換能器，采集樣品各個方向的光聲信號，最終通過數(shù)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(zhuǎn)機構(gòu)旋轉(zhuǎn)超聲換能器，實驗裝置的結(jié)構(gòu)變得相對復(fù)雜，采集數(shù)據(jù)時間稍長，而且引入了機械振動誤差，成像結(jié)果受機械硬件影響較大。于是發(fā)展出陣列圓形掃描系統(tǒng)，采用這種方式的系統(tǒng)采集多個通道的光聲數(shù)據(jù)?？梢杂行У販p少信號采集時間，因此這種采集方式被大多數(shù)實驗者采用。LihongV•Wang等首次用512個陣列的環(huán)形探頭實現(xiàn)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(jiān)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(tài)圖像幀頻能達到10Hz。

3結(jié)束語

光聲成像作為兼具光學(xué)與超聲成像優(yōu)勢的一種新型無創(chuàng)的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，既具備光學(xué)高靈敏功能與分子成像的優(yōu)勢，可診斷識別早期腫瘤病變，又具對數(shù)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(fā)展。作為新出現(xiàn)的生物醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，光聲成像對生物組織結(jié)構(gòu)和功能成像具有指導(dǎo)意義，為研究生物組織的形態(tài)結(jié)構(gòu)、生理病理特征、代謝功能等提供了重要手段。與傳統(tǒng)生物醫(yī)學(xué)光學(xué)技術(shù)相比,光聲成像方法確實具有獨特的優(yōu)勢。同時，為了推動光聲成像技術(shù)的發(fā)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(shù)的進步，必將對相關(guān)醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展產(chǎn)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(xué)