1、關于光聲成像及其應用第1頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四1 引言2 光聲成像技術的原理與進步3 光聲成像技術的應用和展望第2頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四1 引言 醫學成像對各種疾病的診斷和治療具有重要的意義。但傳統的醫學成像總有一些缺點，因此，人們期待一種無損的、非電離的、具有高穿透深度和高對比度的成像方式的出現，光聲成像技術就是在這樣的背景下應運而生。第3頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四2.1傳統的醫學成像1、X射線層析成像 X射線成像是根據生物組織的密度進行成像，因此對某些情況如軟組織的病變則無法判斷。2 光聲成像

2、技術的原理與進步第4頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四2、光學相干層析成像（OCT） OCT成像是純光學成像方法，由于人體許多組織都是強散射或強吸收介質，而光在強散射組織中的成像，只能達到1mm左右。第5頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四3、核磁共振成像（MRI) MRI技術是利用核磁共振原理，但是設備昂貴且具有輻射。第6頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四4、超聲成像 超聲成像技術的成像深度雖然比光學成像方法深，但其主要依賴與生物組織的聲阻抗不匹配成像，而生物組織體內某些腫瘤的聲阻抗與正常軟組織無明顯差異，從而限制了超聲成像技術

3、的使用范圍。第7頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四 光聲效應是生物醫學光聲成像技術的理論基礎。所謂光聲效應是指當寬束短脈沖激光照射生物組織時，組織內的吸收體(如腫瘤和血管等)吸收了光能量之后發生局部的溫升，促使組織發生熱彈性膨脹，產生超聲波的過程； 光聲成像技術是根據生物組織對光的吸收分布反演組織結構的一種新興的成像模式，它集合了純光學成像技術的高對比度以及純超聲成像技術的高分辨率、高穿透深度等優點，非電離且能夠對組織功能成像，該項技術為臨床醫學提供了一種新穎的成像診斷方法。2.2 光聲成像技術的原理第8頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四2.3 光聲

4、成像技術的進步 第一，探測光聲信號的技術路線增多。例如：利用聚合物光纖和馬赫-曾德干涉儀實現環形光學探測，提高了信號探測的效率；以單一脈沖激光作為光源，采取平行探測方式實現三維光聲成像。 第二，光聲成像在提高成像速度方面取得了重要進步。首先，脈沖激光光源的重復頻率提高了，加快了光聲信號的產生過程，大大縮短了信號采集的等待時間。其次，采集速率的提高節省了數據采集時間，提高了成像速度。采集速率的提高主要有兩種方法：一是使用多個采集卡同時進行數據采集，提高硬件設備水平，提供足夠的數據存儲空間，壓縮信號采集的同步時間來實現快速采集，但引發第9頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四的問

5、題是需要解決多個采集卡之間的匹配問題；二是將采集多次平均數據改為單次采樣，這樣產生的問題是所得測量數據的信噪比降低，需要從弱信號中提取目標信號，因此就涉及到數據處理方法的優化選擇，較為常見的數據處理方法有小波分析法和信號補償法。再者，掃描系統硬件方面已從常規的用步進電機控制超聲換能器探頭移動的掃描方式改進為使用二維振鏡使光源發生偏轉進行成像，這樣在加快成像速度的同時也大大減小了因步進電機的運行給系統帶來的強噪聲干擾，達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。Lihong V.Wang小組通過物鏡聚焦光束實現分辨率為2um的成像第10頁，共21頁，2022年，5月20日，9點3

6、4分，星期四使得成像分辨率從超聲分辨水平發展到了光學分辨水平，實現了圖像分辨率的重大突破。第11頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四3 光聲成像技術的應用和展望 光聲成像在生物醫學中的應用 光聲成像的優點 總結與展望第12頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四 腦成像 由于腦組織的光學吸收與血氧消耗以及腦生理狀態等密切相關, 光聲成像可用于研究腦組織結構和腦功能。通過監控腦血氧的動力學變化, 可以得到腦神經系統的動態信息和功能特征信息, 在神經生理學和神經病理學中具有重要的應用前景。 光聲成像在生物醫學中的應用第13頁，共21頁，2022年，5月20日，9

7、點34分，星期四 黑色素的檢測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，這些指標是判斷腫瘤的重要信息.圖1 利用光聲顯微技術對黑瘤病中黑色素的尺度、 分布以及周圍血管增生情況進行成像第14頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四 腫瘤血管成像 在腫瘤的光動力治療中血管損傷是腫瘤治療的一條重要途徑?？梢岳酶叻直媛实墓饴晥D像觀測腫瘤治療過程血管的損傷情況。 第15頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四 結構成像光聲成像技術可以實現類似超聲成像技術達到的深層組織成像 ,但是光聲成像系統是一種新型的無損傷活體成像模式，它同時

8、具備光學成像的高對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比度的組織成像。 小鼠臟器圖第16頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四 眼科成像 激光是目前治療眼科疾病的較好選擇，光聲成像能夠對眼睛的虹膜、睫狀體等無損的成像，可以有效輔助醫生進行眼科疾病的診斷和治療，因此，光聲成像技術在眼科方面具有廣闊的應用前景第17頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四 光聲成像的優點(1)該技術采用非電離波段 ,而且成像過程中不改變生物組織的屬性 ,故是無創的檢測手段;(2)產生的光聲信號和組織的生理狀態的關系較容易界定;(3)有潛力與純的超聲或光學的成像

9、技術相結合 ,可獲得更多的診斷信息; (4)成像深度和成像分辨率可根據實際中醫學應用的需要進行調整.第18頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四 總結與展望 光聲成像技術是一種新興的、無損的光學技術與超聲技術相結合的檢測技術，不論是在理論研究還是在臨床應用方面都將擁有廣闊的前景。光聲成像技術的發展顯示了它能對生物組織內一定深度病灶組織的結構和生物化學信息高分辨率、高對比度成像，而其他技術則暫不具有這樣的功能。第19頁，共21頁，2022年，5月20日，9點34分，星期四 從光聲成像技術在生物醫學領域應用的不斷發展可以了解到，光聲成像技術將可能向多模式結合方式發展，譬如光聲與超聲結合的雙模式結構，以及最新的光聲與OCT（光學相干層析成像）相結合的模式等等。光聲成像技術還將向分子成像方面拓展，在實驗中使用外源性或內源性造影劑來有效增強圖像對比度，提高成像分辨率，使得所獲取的光聲圖像能夠更清晰地