光聲成像及其應(yīng)用12

光聲成像技術(shù)的最新進(jìn)展主講：劉超梁、高蓉1引言2光聲成像技術(shù)的原理與進(jìn)步3光聲成像技術(shù)的應(yīng)用和展望1引言醫(yī)學(xué)成像對(duì)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(xué)成像總有一些缺點(diǎn)，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(duì)比度的成像方式的出現(xiàn)，光聲成像技術(shù)就是在這樣的背景下應(yīng)運(yùn)而生。2.1傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)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(jìn)行成像，因此對(duì)某些情況如軟組織的病變則無法判斷。2光聲成像技術(shù)的原理與進(jìn)步2、光學(xué)相干層析成像（OCT）OCT成像是純光學(xué)成像方法，由于人體許多組織都是強(qiáng)散射或強(qiáng)吸收介質(zhì)，而光在強(qiáng)散射組織中的成像，只能達(dá)到1mm左右。3、核磁共振成像（MRI)MRI技術(shù)是利用核磁共振原理，但是設(shè)備昂貴且具有輻射。4、超聲成像超聲成像技術(shù)的成像深度雖然比光學(xué)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(shù)的使用范圍。光聲效應(yīng)是生物醫(yī)學(xué)光聲成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)。所謂光聲效應(yīng)是指當(dāng)寬束短脈沖激光照射生物組織時(shí)，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(shù)是根據(jù)生物組織對(duì)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(xué)成像技術(shù)的高對(duì)比度以及純超聲成像技術(shù)的高分辨率、高穿透深度等優(yōu)點(diǎn)，非電離且能夠?qū)M織功能成像，該項(xiàng)技術(shù)為臨床醫(yī)學(xué)提供了一種新穎的成像診斷方法。2.2光聲成像技術(shù)的原理2.3光聲成像技術(shù)的進(jìn)步第一，探測(cè)光聲信號(hào)的技術(shù)路線增多。例如：利用聚合物光纖和馬赫--曾德干涉儀實(shí)現(xiàn)環(huán)形光學(xué)探測(cè)，提高了信號(hào)探測(cè)的效率；以單一脈沖激光作為光源，采取平行探測(cè)方式實(shí)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(jìn)步。首先，脈沖激光光源的重復(fù)頻率提高了，加快了光聲信號(hào)的產(chǎn)生過程，大大縮短了信號(hào)采集的等待時(shí)間。其次，采集速率的提高節(jié)省了數(shù)據(jù)采集時(shí)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(gè)采集卡同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，提高硬件設(shè)備水平，提供足夠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，壓縮信號(hào)采集的同步時(shí)間來實(shí)現(xiàn)快速采集，但引發(fā)的問題是需要解決多個(gè)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(cè)量數(shù)據(jù)的信噪比降低，需要從弱信號(hào)中提取目標(biāo)信號(hào)，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(hào)補(bǔ)償法。再者，掃描系統(tǒng)硬件方面已從常規(guī)的用步進(jìn)電機(jī)控制超聲換能器探頭移動(dòng)的掃描方式改進(jìn)為使用二維振鏡使光源發(fā)生偏轉(zhuǎn)進(jìn)行成像，這樣在加快成像速度的同時(shí)也大大減小了因步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)行給系統(tǒng)帶來的強(qiáng)噪聲干擾，達(dá)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。LihongV.