光声显微成像的灵敏度提高研究

发布时间：2018-10-11 18:35

【摘要】：在血液循环系统中,介于微动脉和微静脉之间的微循环系统,是物质交换的关键位置。在病理状态下,微血管的结构和生理参数异常往往同时发生,对微循环系统结构和生理参数的同时监测能够全面表征病变的状态,并揭示各种变异的因果关系,从而指导疾病的机理研究和早期诊断。近年来已有多种成像技术用于微血管成像,但这些技术尚存在一些弊端,比如只能获取结构或生理的单一信息,或者分辨率与探测深度不足。光学分辨光声成像系统通过对光束进行强聚焦,可以实现高分辨的结构成像,结合高吸收对比度,光学分辨光声成像非常适合用于微循环系统的活体三维多参数成像。为了提高光声显微成像系统的探测灵敏度,提高活体微血管多参数成像的能力,本文从系统研制和样品制备的角度尝试提高光声成像系统的探测灵敏度,具体内容包括： 为了从系统实现的角度提高光声信号的探测效率,本文研制了一套光学分辨光声显微成像系统。系统采用反射式全角度光声探测模式,利用长工作距离物镜聚焦光束从而实现高空间分辨率,利用高频超声探头探测激发的光声信号。系统采用自制的光声耦合装置实现光声共轴耦合,保证最大的激发探测效率。同时该耦合装置能够在反射入射聚焦光束的同时,使激发的光声信号穿透耦合装置并被探测,从而避免了光声信号在反射过程中发生的波形转换损失,提高了光声信号的收集效率。通过理论分析和实验测试证明：该系统可以有效提高光声信号的探测灵敏度,保证活体实验时激光的使用符合激光安全标准。 为了对系统的活体微血管成像能力进行研究和验证,本文进一步对系统的性能进行了理论分析和全面评估,并在此基础上进行了活体微循环结构和血氧饱和度成像实验。通过对碳纳米颗粒成像,拟合出系统的侧向分辨率约为4.4μm,轴向分辨率约为14.4μm。使用光声成像常用物理模型测得系统能够在1mm的深度进行活体成像。系统每秒钟采集1000条A线,微米量级视场下能够实现10Hz的B型扫描帧频。通过二维扫描(C型扫描),系统能够对小鼠耳朵和脑皮层的血管网络进行清晰的成像,最小可分辨血管尺寸达到毛细血管量级。利用三个波长(576nm/580nm/584nm)可以对血管网络的血氧饱和度分布进行成像,证明了系统对血管结构和生理参数的活体三维成像能力。通过连续的一维扫描(B型扫描),系统监测了去甲肾上腺素对脑皮层血管结构和生理参数的影响,证明了系统能够捕捉快速的生理信号变化。 为了从样品准备的角度提高光声显微成像的灵敏度和成像深度,本文研究了光透明技术对光声显微成像的促进作用。通过对皮肤光透明过程的光学和声学参数监测发现,光透明后的皮肤组织光穿透效率增加,激发的光声信号强度增加。但光透明过程中皮肤组织对超声信号的反射和吸收均有所增加,从而导致超声的传输效率下降,最终导致光透明剂对光声成像灵敏度的促进作用略有下降。这表明能够同时促进光与超声穿透效果的光透明剂有望对光声信号的灵敏度和成像深度有更大提高。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R318.51

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本文编号：2264832