光聲成像及其應用

1、關于光聲成像及其應用現(xiàn)在學習的是第一頁，共21頁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現(xiàn)在學習的是第二頁，共21頁1 引言 醫(yī)學成像對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(xiàn)，光聲成像技術就是在這樣的背景下應運而生?，F(xiàn)在學習的是第三頁，共21頁2.1傳統(tǒng)的醫(yī)學成像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 光聲成像技術的原理與進步現(xiàn)在學習的是第四頁，共21頁2、光學相干層析成像（OCT） OCT成像是純光學成

2、像方法，由于人體許多組織都是強散射或強吸收介質(zhì)，而光在強散射組織中的成像，只能達到1mm左右。現(xiàn)在學習的是第五頁，共21頁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?，F(xiàn)在學習的是第六頁，共21頁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(nèi)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的使用范圍。現(xiàn)在學習的是第七頁，共21頁 光聲效應是生物醫(yī)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(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

3、升，促使組織發(fā)生熱彈性膨脹，產(chǎn)生超聲波的過程； 光聲成像技術是根據(jù)生物組織對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(yōu)點，非電離且能夠?qū)M織功能成像，該項技術為臨床醫(yī)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現(xiàn)在學習的是第八頁，共21頁2.3 光聲成像技術的進步 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(xiàn)環(huán)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(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步。首先，脈沖激光光源的

4、重復頻率提高了，加快了光聲信號的產(chǎn)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(jié)省了數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)采集，提高硬件設備水平，提供足夠的數(shù)據(jù)存儲空間，壓縮信號采集的同步時間來實現(xiàn)快速采集，但引發(fā)現(xiàn)在學習的是第九頁，共21頁的問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(shù)據(jù)改為單次采樣，這樣產(chǎn)生的問題是所得測量數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理方法的優(yōu)化選擇，較為常見的數(shù)據(jù)處理方法有小波分析法和信號補償法。再者，掃描系統(tǒng)硬件方面已從常規(guī)的用步進電機控制超聲換能器探頭

5、移動的掃描方式改進為使用二維振鏡使光源發(fā)生偏轉(zhuǎn)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(tǒng)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(xiàn)分辨率為2um的成像現(xiàn)在學習的是第十頁，共21頁使得成像分辨率從超聲分辨水平發(fā)展到了光學分辨水平，實現(xiàn)了圖像分辨率的重大突破?，F(xiàn)在學習的是第十一頁，共21頁3 光聲成像技術的應用和展望 光聲成像在生物醫(yī)學中的應用 光聲成像的優(yōu)點 總結(jié)與展望現(xiàn)在學習的是第十二頁，共21頁 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(tài)等密切相關, 光聲成像可用于研究腦

6、組織結(jié)構(gòu)和腦功能。通過監(jiān)控腦血氧的動力學變化, 可以得到腦神經(jīng)系統(tǒng)的動態(tài)信息和功能特征信息, 在神經(jīng)生理學和神經(jīng)病理學中具有重要的應用前景。 光聲成像在生物醫(yī)學中的應用現(xiàn)在學習的是第十三頁，共21頁 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現(xiàn)在學習的是第十四頁，共21頁 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。 現(xiàn)在學習的是第十五頁，共21頁 結(jié)

7、構(gòu)成像光聲成像技術可以實現(xiàn)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(tǒng)是一種新型的無損傷活體成像模式，它同時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。 小鼠臟器圖現(xiàn)在學習的是第十六頁，共21頁 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?、睫狀體等無損的成像，可以有效輔助醫(yī)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現(xiàn)在學習的是第十七頁，共21頁 光聲成像的優(yōu)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(chuàng)的檢測手段;(2)產(chǎn)生的光聲信號和組織的生理狀

8、態(tài)的關系較容易界定;(3)有潛力與純的超聲或光學的成像技術相結(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)實際中醫(yī)學應用的需要進行調(diào)整.現(xiàn)在學習的是第十八頁，共21頁 總結(jié)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(jié)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(fā)展顯示了它能對生物組織內(nèi)一定深度病灶組織的結(jié)構(gòu)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?，F(xiàn)在學習的是第十九頁，共21頁 從光聲成像技術在生物醫(yī)學領域應用的不斷發(fā)展可以了解到，光聲成像技術將可能向多模式結(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（光學相干層析成像）相結(jié)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(nèi)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