1、光声成像技术的最新进展主讲：刘超梁、高蓉1 1 引言2 光声成像技术的原理与进步3 光声成像技术的应用和展望21 引言 医学成像对各种疾病的诊断和治疗具有重要的意义。但传统的医学成像总有一些缺点，因此，人们期待一种无损的、非电离的、具有高穿透深度和高对比度的成像方式的出现，光声成像技术就是在这样的背景下应运而生。32.1传统的医学成像1、X射线层析成像 X射线成像是根据生物组织的密度进行成像，因此对某些情况如软组织的病变则无法判断。2 光声成像技术的原理与进步42、光学相干层析成像（OCT）OCT成像是纯光学成像方法，由于人体许多组织都是强散射或强吸收介质，而光在强散射组织中的成像，只能达到1
2、mm左右。53、核磁共振成像（MRI)MRI技术是利用核磁共振原理，但是设备昂贵且具有辐射。64、超声成像 超声成像技术的成像深度虽然比光学成像方法深，但其主要依赖与生物组织的声阻抗不匹配成像，而生物组织体内某些肿瘤的声阻抗与正常软组织无明显差异，从而限制了超声成像技术的使用范围。7 光声效应是生物医学光声成像技术的理论基础。所谓光声效应是指当宽束短脉冲激光照射生物组织时，组织内的吸收体(如肿瘤和血管等)吸收了光能量之后发生局部的温升，促使组织发生热弹性膨胀，产生超声波的过程；光声成像技术是根据生物组织对光的吸收分布反演组织结构的一种新兴的成像模式，它集合了纯光学成像技术的高对比度以及纯超声成
3、像技术的高分辨率、高穿透深度等优点，非电离且能够对组织功能成像，该项技术为临床医学提供了一种新颖的成像诊断方法。2.2 光声成像技术的原理82.3 光声成像技术的进步 第一，探测光声信号的技术路线增多。例如：利用聚合物光纤和马赫-曾德干涉仪实现环形光学探测，提高了信号探测的效率；以单一脉冲激光作为光源，采取平行探测方式实现三维光声成像。第二，光声成像在提高成像速度方面取得了重要进步。首先，脉冲激光光源的重复频率提高了，加快了光声信号的产生过程，大大缩短了信号采集的等待时间。其次，采集速率的提高节省了数据采集时间，提高了成像速度。采集速率的提高主要有两种方法：一是使用多个采集卡同时进行数据采集，
4、提高硬件设备水平，提供足够的数据存储空间，压缩信号采集的同步时间来实现快速采集，但引发9的问题是需要解决多个采集卡之间的匹配问题；二是将采集多次平均数据改为单次采样，这样产生的问题是所得测量数据的信噪比降低，需要从弱信号中提取目标信号，因此就涉及到数据处理方法的优化选择，较为常见的数据处理方法有小波分析法和信号补偿法。再者，扫描系统硬件方面已从常规的用步进电机控制超声换能器探头移动的扫描方式改进为使用二维振镜使光源发生偏转进行成像，这样在加快成像速度的同时也大大减小了因步进电机的运行给系统带来的强噪声干扰，达到了一举两得的效果。第三，图像的分辨率得到了很大的改善。Lihong V.Wang小组
5、通过物镜聚焦光束实现分辨率为2um的成像10使得成像分辨率从超声分辨水平发展到了光学分辨水平，实现了图像分辨率的重大突破。113 光声成像技术的应用和展望 光声成像在生物医学中的应用 光声成像的优点 总结与展望12 脑成像 由于脑组织的光学吸收与血氧消耗以及脑生理状态等密切相关,光声成像可用于研究脑组织结构和脑功能。通过监控脑血氧的动力学变化,可以得到脑神经系统的动态信息和功能特征信息,在神经生理学和神经病理学中具有重要的应用前景。光声成像在生物医学中的应用13 黑色素的检测以及皮肤黑色素瘤的成像 光声成像可提供黑色素瘤的大小、深度、血管形成、血氧含量信息，这些指标是判断肿瘤的重要信息.图1
6、利用光声显微技术对黑瘤病中黑色素的尺度、分布以及周围血管增生情况进行成像14 肿瘤血管成像 在肿瘤的光动力治疗中血管损伤是肿瘤治疗的一条重要途径。可以利用高分辨率的光声图像观测肿瘤治疗过程血管的损伤情况。15 结构成像光声成像技术可以实现类似超声成像技术达到的深层组织成像,但是光声成像系统是一种新型的无损伤活体成像模式，它同时具备光学成像的高对比度特性和超声成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。小鼠脏器图16 眼科成像 激光是目前治疗眼科疾病的较好选择，光声成像能够对眼睛的虹膜、睫状体等无损的成像，可以有效辅助医生进行眼科疾病的诊断和治疗，因此，光声成像技术在眼科方面具有
7、广阔的应用前景17 光声成像的优点(1)该技术采用非电离波段,而且成像过程中不改变生物组织的属性,故是无创的检测手段;(2)产生的光声信号和组织的生理状态的关系较容易界定;(3)有潜力与纯的超声或光学的成像技术相结合,可获得更多的诊断信息;(4)成像深度和成像分辨率可根据实际中医学应用的需要进行调整.18 总结与展望 光声成像技术是一种新兴的、无损的光学技术与超声技术相结合的检测技术，不论是在理论研究还是在临床应用方面都将拥有广阔的前景。光声成像技术的发展显示了它能对生物组织内一定深度病灶组织的结构和生物化学信息高分辨率、高对比度成像，而其他技术则暂不具有这样的功能。19 从光声成像技术在生物医学领域应用的不断发展可以了解到，光声成像技术将可能向多模式结合方式发展，譬如光声与超声结合的双模式结构，以及最新的光声与OCT（光学相干层析成像）相结合的模式等等。光声成像技术还将向分子成像方面拓展，在实验中使用外源性或内源性造影剂来有效增强图像对比度，提高成像分辨率，使得所获取的光声图像能够更清晰地显示生物组织的内部结构或肿瘤的结构情况等。这些趋势为光声成像技术对生物组织的形态结构、生理和病理特征、以及代谢功能等的研究提供了有效的手段。2021
