基于石墨烯光学表面波的光声显微成像研究

发布时间：2021-10-29 17:26

　　目前,光学分辨率光声显微成像（OR-PAM）技术已经取得了微米甚至亚微米级别的横向分辨率。与之相矛盾的是,广泛用于光声探测的压电基超声换能器的探测带宽有限,导致光声成像纵向分辨率远低于其横向分辨率,使三维成像严重失真。此外,压电超声换能器的探测灵敏度较低,破坏了光声成像的图像质量。因此,研发新型的光声检测方法实现光声信号的高灵敏、宽带检测,对提升光声成像至关重要。在光声成像中,受激产生的光声信号不仅幅值很低,而且脉宽很短,为此本论文提出了一种基于石墨烯表面波的新型光声检测方法,以精准响应这一微弱光声脉冲波。石墨烯表面波对溶液折射率的微小变化具有超高敏感性,能够提高光声检测的灵敏度;表面波的超快时间响应和强局域特性,可以增大光声的检测带宽。基于这一原理,我们构建了棱镜/石墨烯/水溶液组成的全内衰减反射（ATR）结构,用于瞬态光声波的检测。首先,本论文利用时域有限差分数值模拟方法研究了石墨烯表面波与外界声压的相互作用。理论结果表明:石墨烯表面波电场对声压引发的溶液折射率变化极为敏感,其与入射光偏振态、入射角、石墨烯层厚等参数密切相关。以此为指导,我们设计了ATR光声检测装置,其入射角接近全... 

【文章来源】：深圳大学广东省

【文章页数】：60 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

光声成像基本原理

生物体内部常见组织的光谱吸收特性如图1.2 所示。由图 1.2 可见，血红蛋白 Hb、含氧血红蛋白 HbO2和黑色素等物质对短波长脉冲光具有较强的吸收，通常用短波长脉冲激光激发产生光声信号。其他成分如油脂，蛋白等对长波长脉冲激光具有较强的吸收，适合用长波长脉冲光作为激发源。图 1.2 不同组织光波长特异性吸收 （Hb：血红蛋白；HbO2（Oxygenated hemoglobin）：含氧血红蛋白；Melanin：黑色素；Elastin：弹性蛋白；Collagen：胶原蛋白；Lipid：油脂；)

随着光声显微成像的发展和生物医学应用的迫切需求，光声成像涌现出了多种实现方式，如扫描计算光声成像(PACT)，声学分辨率的光声显微成像(AR-PAM)，光学分辨率的光声显微成像(OR-PAM)等。差异化的结构设计实现了各自独特的功能特性和成像对象。扫描计算光声成像（PACT）：为了获得高速数据采集，降低光声成像的时间，提高光声成像深度，超声换能器阵列被应用到光声成像领域，被称之为 PACT（Photoacousticcomputer tomography）。整个成像区域被一大束激光激发，产生的光声波被超声换能器阵列同时探测。然后运用反转算法，基于不用位置光声信号传播的飞行时间差异，构建重建算法，用来实现重建高分辨成像[4-5]。大部分的超声阵列如图 1.3b 所示。成像平面的二维分辨率由重建决定，纵向分辨率由声焦点长度决定。纵向扫描样品，把二维图像叠加呈现 3D 图像。根据解刨学的要求，压电陶瓷换能器的阵列一般制成线状或环状。


本文编号：3465077