光声成像技术在人体外周血管中的应用研究
发布时间：2021-07-25 00:51
血管类疾病包括心脑血管疾病与外周血管疾病,死亡率高并容易留下严重的后遗症。目前临床上常见的医学影像技术如磁共振成像,超声多普勒,X光和CT成像在对血管的检查及监测中都存在局限性。光声成像技术是一种结合了光学成像与超声成像的混合成像方式,既具备光学成像的高对比度和多光谱成像能力,又具备可与超声成像媲美的高分辨率。此外,光声成像的成本较低,并且能够对生物组织进行无损成像,近年来在基础生物学研究和临床应用研究中发挥着重要作用。本文将探索光声层析成像作为一种新型成像技术,在监测外周血管血流动力学变化及评估血管功能中的应用潜力。本文主要包含以下内容:1.介绍了光声成像的原理及光声层析成像系统。首先,我们解释了光与组织的作用,光吸收和光声效应的原理,阐述了图像重建算法及多波长方法,为本文的研究提供了理论基础。之后,我们对光声层析成像系统进行了详细介绍,包括激光器、光参量振荡器、数据采集系统、放大器、探头等硬件以及用于数据采集及图像重建的软件部分。2.探究光声层析成像对小血管成像及监测能力的动物实验。我们获得了小鼠脑部小血管的高分辨率光声图像,并监测了感兴趣区域内的血流变化。实验动物被分为三组,分别...
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种成像方式的分辨率及成像深度[2]
电子科技大学硕士学位论文8图2-1光与物质之间的作用机制[2]分子转动：微波波段的光子能量在eV至meV之间，照射到物质表面时，分子对光子的吸收会导致分子转动能级的跃迁，能量耗散通过摩擦产生。分子振动：在红外区域，光子能量在meV至几eV之间，吸收光子后，分子可能发生振动能级的跃迁。和分子转动类似，能量耗散也是通过摩擦产生。电子激发：可见光（约400-700nm），近红外光（约700-1300nm）和紫外线波段（100-400nm）的光子能量约为eV级，照射物质表面时，能够将原子或分子的电子转移到更高的激发态，能量耗散可以通过辐射弛豫或非辐射弛豫来实现。其中，辐射弛豫是指将能量以辐射能的形式耗散掉，分子回到基态的过程，如发射荧光或磷光，这是基于荧光的成像方法（例如荧光显微镜）的基矗非辐射弛豫过程是指多余的能量全部以热的形式耗散掉，分子回到基态的过程，这是光声成像的关键作用机制。在该过程中，被激发的电子的能量转变为动能，例如分子的旋转运动，从而转化为热。在光声成像中，电子激发过程通过热弹性膨胀产生光声信号，不同程度的热弹性膨胀产生了光声成像中的对比度。光电效应：在波长低于400nm的紫外线区域中，光子能量在eV至120keV之间。在此能级下，光与物质发生光电效应，电子在吸收光子后会从原子或分子中逸出而形成电流。由于此电离过程会产生自由基，因此不适用于生物组织中的生物医学成像。康普顿散射：对于120keV以上的光子能量和紫外线波段以下的波长，将发生康普顿散射。此时，电子与光子发生弹性碰撞，电子吸收光子的一部分能量后反弹，导致光子波长变长。与光电效应相似，在光子能量为keV或更高的范围内时，不再适用于光声成像。综上，只有在eV范围内的能量下的光子吸收才能够引起无辐射的热弹性膨胀，
第二章光声成像的原理与系统92.1.2光吸收光声效应产生的超声信号强度与前向光子吸收成正比。因此，照明光强和各自吸收器的吸收系数是光声信号产生的决定因素[2]。为了定量判断组织的光吸收能力，我们首先定义光功率absP与入射光强0I的比值为吸收截面，如下式所示：0absaPI=（2-1）吸收截面的单位与面积相同，引入吸收截面后，吸收过程如图2-2所示[50]：图2-2光吸收的过程[50]假设在光子尺度下，生物组织中的光吸收物质内部均匀，（3cm）表示光吸收的粒子密度，定义吸收系数a：aa=（2-2）吸收系数的单位为mm-1或者cm-1，表示在单位长度上，单个光子被吸收的概率。假设有一个极短的路径，长度为dx，那么在这个长度上，单个光子被吸收的概率为adx。由此可以看出，在某个波长下物质吸收系数的大小，决定着该波长下物质对光的吸收能力，两者正向相关。此外，吸收平均自由程定义为吸收系数的倒数，用来表征两次吸收间隔中光子经过的平均距离。有色基团在不同波长下的吸收不同，因此包含它的化合物在不同波长也显示出不同的颜色。目前，通常所说的发色团已成为吸收物质的代名词。人体组织中存在的吸收物质包括水、含氧及脱氧血红蛋白、脂类及各种细胞色素等，它们都具有独特的吸收光谱，如图2-3所示[11]。由于不同波长下发色团的吸收能力不同，我们需要对之前的公式进行进一步完善。假设组织中的吸收粒子均匀分布，当一束理想状态的平行光照射到组织时，入射光的波长、组织内吸收物质的类型和吸收层的厚度共同决定着组织吸收的光能量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电针“合谷”、“三阴交”穴对小鼠早孕期垂体β-EP影响的研究[J]. 杨超,张欧,王巍,冯永新. 湖南中医杂志. 2011(02)
硕士论文
[1]不同次序电针足三里、中脘调节小鼠胃运动的效应特征及其自主神经机制[D]. 殷茵.南京中医药大学 2017
本文编号：3301771
【文章来源】：电子科技大学四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
几种成像方式的分辨率及成像深度[2]
电子科技大学硕士学位论文8图2-1光与物质之间的作用机制[2]分子转动：微波波段的光子能量在eV至meV之间，照射到物质表面时，分子对光子的吸收会导致分子转动能级的跃迁，能量耗散通过摩擦产生。分子振动：在红外区域，光子能量在meV至几eV之间，吸收光子后，分子可能发生振动能级的跃迁。和分子转动类似，能量耗散也是通过摩擦产生。电子激发：可见光（约400-700nm），近红外光（约700-1300nm）和紫外线波段（100-400nm）的光子能量约为eV级，照射物质表面时，能够将原子或分子的电子转移到更高的激发态，能量耗散可以通过辐射弛豫或非辐射弛豫来实现。其中，辐射弛豫是指将能量以辐射能的形式耗散掉，分子回到基态的过程，如发射荧光或磷光，这是基于荧光的成像方法（例如荧光显微镜）的基矗非辐射弛豫过程是指多余的能量全部以热的形式耗散掉，分子回到基态的过程，这是光声成像的关键作用机制。在该过程中，被激发的电子的能量转变为动能，例如分子的旋转运动，从而转化为热。在光声成像中，电子激发过程通过热弹性膨胀产生光声信号，不同程度的热弹性膨胀产生了光声成像中的对比度。光电效应：在波长低于400nm的紫外线区域中，光子能量在eV至120keV之间。在此能级下，光与物质发生光电效应，电子在吸收光子后会从原子或分子中逸出而形成电流。由于此电离过程会产生自由基，因此不适用于生物组织中的生物医学成像。康普顿散射：对于120keV以上的光子能量和紫外线波段以下的波长，将发生康普顿散射。此时，电子与光子发生弹性碰撞，电子吸收光子的一部分能量后反弹，导致光子波长变长。与光电效应相似，在光子能量为keV或更高的范围内时，不再适用于光声成像。综上，只有在eV范围内的能量下的光子吸收才能够引起无辐射的热弹性膨胀，
第二章光声成像的原理与系统92.1.2光吸收光声效应产生的超声信号强度与前向光子吸收成正比。因此，照明光强和各自吸收器的吸收系数是光声信号产生的决定因素[2]。为了定量判断组织的光吸收能力，我们首先定义光功率absP与入射光强0I的比值为吸收截面，如下式所示：0absaPI=（2-1）吸收截面的单位与面积相同，引入吸收截面后，吸收过程如图2-2所示[50]：图2-2光吸收的过程[50]假设在光子尺度下，生物组织中的光吸收物质内部均匀，（3cm）表示光吸收的粒子密度，定义吸收系数a：aa=（2-2）吸收系数的单位为mm-1或者cm-1，表示在单位长度上，单个光子被吸收的概率。假设有一个极短的路径，长度为dx，那么在这个长度上，单个光子被吸收的概率为adx。由此可以看出，在某个波长下物质吸收系数的大小，决定着该波长下物质对光的吸收能力，两者正向相关。此外，吸收平均自由程定义为吸收系数的倒数，用来表征两次吸收间隔中光子经过的平均距离。有色基团在不同波长下的吸收不同，因此包含它的化合物在不同波长也显示出不同的颜色。目前，通常所说的发色团已成为吸收物质的代名词。人体组织中存在的吸收物质包括水、含氧及脱氧血红蛋白、脂类及各种细胞色素等，它们都具有独特的吸收光谱，如图2-3所示[11]。由于不同波长下发色团的吸收能力不同，我们需要对之前的公式进行进一步完善。假设组织中的吸收粒子均匀分布，当一束理想状态的平行光照射到组织时，入射光的波长、组织内吸收物质的类型和吸收层的厚度共同决定着组织吸收的光能量。
【参考文献】：
期刊论文
[1]电针“合谷”、“三阴交”穴对小鼠早孕期垂体β-EP影响的研究[J]. 杨超,张欧,王巍,冯永新. 湖南中医杂志. 2011(02)
硕士论文
[1]不同次序电针足三里、中脘调节小鼠胃运动的效应特征及其自主神经机制[D]. 殷茵.南京中医药大学 2017
本文编号：3301771
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