基于光声成像的大鼠癫痫状态下血流动力学研究
发布时间：2021-07-30 09:22
癫痫是一种严重危害人类健康的常见慢性脑部疾病,目前全球的癫痫患者约有四千多万,每年以5%的速度增长,给患者身体和心理带来极大的伤害,严重影响人类身心健康。癫痫发作时表现为大脑神经元异常放电,而神经元的兴奋活动会增加神经细胞的代谢水平,消耗更多由血液提供的营养物质,故会引起血管的状态发生一定变化。脑电是大脑神经元发出的微弱电信号,能反应大脑神经的状态,也是癫痫临床诊断的主要依据,但是脑电无法体现神经细胞周围血管的血流动力学信息,且传统的成像方法也不能提供高分辨的毛细血管相关信息,而光学分辨率光声显微成像技术则能弥补传统成像方式的不足。光学分辨率光声显微成像技术是一种以光声效应为物理基础的生物医学成像技术。作为一种纯光学成像与超声成像相结合的混合成像技术,光学分辨率的光声成像系统具有高对比度、强穿透性的特点,因此光声成像技术具备检测血流动力学的能力,在生物医学领域具有广阔的应用前景。在此论文中,我们结合光声成像技术和脑电技术,得出癫痫对动物血流动力学的影响。主要工作包括:首先,设计并搭建了一套光学分辨率光声显微成像系统,采用微量注射技术对大脑皮层注射4-氨基吡啶,建立大鼠局部癫痫病灶模型;...
【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】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光声效应示意图
电子科技大学硕士学位论文4图1-1光声效应示意图19世纪80年代，科学家Bell首次发现光声效应，其过程如图1-1所示，随后光声成像技术被提出并逐渐发展起来[17]。随着科学水平的不断提高，尤其是激光器在能量、脉冲频率上取得突破性的进展，光声成像技术在20世纪60年代被广泛使用，到20世纪末取得第一张光声图像[18]。根据激光照射方式和使用的超声换能器类型，光声成像主要包含光声计算机层析成像(Photoacousticcomputertomography,PACT)、光声显微成像(Photoacousticmicroscopy,PAM)和光声内窥成像(Photoacousticendoscopy,PAE)三种成像方式[19]。光声层析成像技术是用非聚焦激光照射组织，当使用一个超声探头探测时，选用点聚焦超声换能器，通过二维扫描实现三维成像；当使用阵列探头时，根据阵列探头的类型包括平面、柱面和球面类型，选用相应的扫描方式和算法可获得组织完整的三维光声图像，PACT的结构示意图如图1-2所示。PACT在三种光声成像中的拥有最深的探测深度，但是其重建算法很复杂且分辨率较低[20]。图1-2PACT成像结构示意图[21]
第一章绪论5为了满足成像高分辨率的需要，光声显微成像技术应运而生，该技术可划分为声学分辨率光声显微成像（AR-PAM）和光学分辨率光声显微成像（OR-PAM）[22]。AR-PAM的横向分辨率和纵向分辨率都是由超声探头的中心频率和带宽决定，横向分辨率的范围在十几微米到几百微米，其成像深度则可达几毫米[23]。如图1-3所示，在AR-PAM系统中，从激光器出来的激光源透过锥形透镜后变成环形光束，再由环形反光镜弱聚焦照射在组织表面以下，调节超声环能器位置使得声焦点与光焦点共轴，且处于组织内部，实现暗场照明，减少皮肤表面对光的吸收，从而得到更深的组织信息。由于激光没有强聚焦，需要更高的功率才能激发出光声信号，而目前功率高的激光器频率相对较低，所以AR-PAM的成像速度一般较慢。图1-3AR-PAM系统结构示意图[23]OR-PAM相对AR-PAM分辨率较高，通常为几个微米。如果采用非聚焦光和非聚焦换能器，则需要中心频率非常高的超声环能器，且成像深度只能达到几百微米，因此需要同时使用光学聚焦和声聚焦，才能满足成像要求。OR-PAM典型的结构如图1-4所示，从激光器出来的激光经过空间光耦合器进行滤波和整形，通过物镜形成准直光束准直，经平面镜反射后由物镜汇聚，最后经过棱镜和硅油后聚焦照射在样品组织表面。由于光声效应产生超声波经过声聚焦透镜传播到硅油时由于声阻抗不同发生反射，此时机械波中的横波成分较多，而超声换能器只能检测纵波，因此超声信号需要二次反射，转为纵波被超声探头探测，被放大器放大后再由模数转换器将电信号转换为数字信号存储电脑中。无论是AR-PAM还是OR-PAM，均可通过信号反投影直接实现成像，较PACT无需复杂的重建算法。但是由于光存在较强的散射，OR-PAM的成像深度只有约1毫米左右[24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非线性热扩散效应的亚衍射极限光声二次谐波显微成像技术[J]. 张振辉,石玉娇. 激光生物学报. 2019(01)
[2]卷积神经网络研究综述[J]. 李彦冬,郝宗波,雷航. 计算机应用. 2016(09)
[3]国际抗癫痫联盟和名词委员会推荐的癫痫发作的临床及脑电图分类[J]. 吴逊,李文慧. 中华神经科杂志. 2001(03)
本文编号：3311149
【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】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
光声效应示意图
电子科技大学硕士学位论文4图1-1光声效应示意图19世纪80年代，科学家Bell首次发现光声效应，其过程如图1-1所示，随后光声成像技术被提出并逐渐发展起来[17]。随着科学水平的不断提高，尤其是激光器在能量、脉冲频率上取得突破性的进展，光声成像技术在20世纪60年代被广泛使用，到20世纪末取得第一张光声图像[18]。根据激光照射方式和使用的超声换能器类型，光声成像主要包含光声计算机层析成像(Photoacousticcomputertomography,PACT)、光声显微成像(Photoacousticmicroscopy,PAM)和光声内窥成像(Photoacousticendoscopy,PAE)三种成像方式[19]。光声层析成像技术是用非聚焦激光照射组织，当使用一个超声探头探测时，选用点聚焦超声换能器，通过二维扫描实现三维成像；当使用阵列探头时，根据阵列探头的类型包括平面、柱面和球面类型，选用相应的扫描方式和算法可获得组织完整的三维光声图像，PACT的结构示意图如图1-2所示。PACT在三种光声成像中的拥有最深的探测深度，但是其重建算法很复杂且分辨率较低[20]。图1-2PACT成像结构示意图[21]
第一章绪论5为了满足成像高分辨率的需要，光声显微成像技术应运而生，该技术可划分为声学分辨率光声显微成像（AR-PAM）和光学分辨率光声显微成像（OR-PAM）[22]。AR-PAM的横向分辨率和纵向分辨率都是由超声探头的中心频率和带宽决定，横向分辨率的范围在十几微米到几百微米，其成像深度则可达几毫米[23]。如图1-3所示，在AR-PAM系统中，从激光器出来的激光源透过锥形透镜后变成环形光束，再由环形反光镜弱聚焦照射在组织表面以下，调节超声环能器位置使得声焦点与光焦点共轴，且处于组织内部，实现暗场照明，减少皮肤表面对光的吸收，从而得到更深的组织信息。由于激光没有强聚焦，需要更高的功率才能激发出光声信号，而目前功率高的激光器频率相对较低，所以AR-PAM的成像速度一般较慢。图1-3AR-PAM系统结构示意图[23]OR-PAM相对AR-PAM分辨率较高，通常为几个微米。如果采用非聚焦光和非聚焦换能器，则需要中心频率非常高的超声环能器，且成像深度只能达到几百微米，因此需要同时使用光学聚焦和声聚焦，才能满足成像要求。OR-PAM典型的结构如图1-4所示，从激光器出来的激光经过空间光耦合器进行滤波和整形，通过物镜形成准直光束准直，经平面镜反射后由物镜汇聚，最后经过棱镜和硅油后聚焦照射在样品组织表面。由于光声效应产生超声波经过声聚焦透镜传播到硅油时由于声阻抗不同发生反射，此时机械波中的横波成分较多，而超声换能器只能检测纵波，因此超声信号需要二次反射，转为纵波被超声探头探测，被放大器放大后再由模数转换器将电信号转换为数字信号存储电脑中。无论是AR-PAM还是OR-PAM，均可通过信号反投影直接实现成像，较PACT无需复杂的重建算法。但是由于光存在较强的散射，OR-PAM的成像深度只有约1毫米左右[24]。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于非线性热扩散效应的亚衍射极限光声二次谐波显微成像技术[J]. 张振辉,石玉娇. 激光生物学报. 2019(01)
[2]卷积神经网络研究综述[J]. 李彦冬,郝宗波,雷航. 计算机应用. 2016(09)
[3]国际抗癫痫联盟和名词委员会推荐的癫痫发作的临床及脑电图分类[J]. 吴逊,李文慧. 中华神经科杂志. 2001(03)
本文编号：3311149
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