光声成像技术及其医学应用进展

发布时间：2019-07-26 13:37

【摘要】：光声成像技术是一种具有广泛应用前景的无损生物医学成像技术,其结合了纯光学成像高选择特性和纯超声成像中深穿透特性的优点,克服了光在组织中的高散射限制,实现了对活体深层组织的高分辨、高对比度成像.近年,光声成像技术得到了飞速发展,从技术层面到应用层面都在不断突破.文中阐述了光声成像技术的基本原理,介绍各种光声成像方法模式的发展现状,总结光声成像技术的优点并展望其在生物医学领域的应用前景及面临的挑战.
【图文】：

光声成像技术及其医学应用进展

像技术研究［33－35］．本文从光声成像技术的基本原理出发，简单介绍光声成像的研究热点问题，包括光声显微成像技术、光声粘弹成像成像技术、光声内窥成像技术、光声分子功能成像及光声多模态成像，并展望了光声成像技术的未来发展方向及亟待解决的问题．1光声成像技术的原理脉冲激光照射生物组织时，位于组织体内的吸收体吸收脉冲光能量，产生瞬时升温并膨胀，产生超声波．这时位于组织体表面的超声探测器可以接收到这些外传的超声波，，并根据探测到的光声信号来重建组织内光能量吸收分布的图像［12－15］(图1)．该方法有机地结合了光学成像和声学成像的特点，可提供深层组织高分辨率和高对比度的组织断层图像，通过光声成像得到高分辨率和高对比度的组织图像，从原理上避开了光散射的影响，突破了高分辨率光学成像深度“软极限”(约1mm)，可实现50mm的深层活体内组织成像．因此，光声成像必将带来生物医学影像领域的一次革新．光声成像技术引起了众多研究者的关注，成为近年来医学成像领域的研究热点．光声成像将光学成像和超声成像的优点结合起来，一方面，在光声成像中用来重建图像的信号是超声信号，生理组织对超声信号的散射要比对光信号的散射低2～3个数量级，因此可提供较深的成像深度和较高的空间分辨率;另一方面，相比纯超声成像，光声图像中不同组织间的光学对比度较高．与传统医学影像技术相比，光声成像具有如下特点:(1)光声成像能够实现高特异性光谱组织的选择激发，不仅可以反映组织结构特征，更能够实现功能成像，开创一种有别于传统医学影像技术的新成像方法与技术手段．(2)光声成像结合了光学成像和声学成像的优点，可突破激光共聚焦显微成像、双光子激发显微成像、光学弱相干层析成像等高分辨?

光声成像技术及其医学应用进展

2光声成像模式目前光声成像技术主要集中在以下几个方面:光声显微成像、光声粘弹成像、光声内窥成像、光声分子功能成像及光声多模态联合成像技术．2．1光声显微成像光声显微成像技术是光声成像技术的重要组成部分［21，36］，其原理图如图2所示．光声显微成像结合了纯光学成像高对比度特性和纯超声成像高穿透深度特性的优点，从原理上避开了光散射的影响，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像．与常用的纯光学高分辨显微成像技术，如激光共聚焦显微成像、双光子激发显微成像、光学干层析成像等相比，光声显微成像分辨率可达到微米甚至亚微米，成像深度达到1～2mm，成像深度/分辨率达到100以上．光声显微镜可直接成像黑色素、血色素等人体内源性分子，无需引进外源性染料分子或者其他造影剂．图2光声显微成像系统［21］1Figure2Diagramofphotoacousticmicroscopy［21］12．2光声粘弹成像生物组织的粘弹性在很大程度上依赖于组织的分子构成以及这些分子构成块在宏观、微观上的组织形式．光声粘弹成像作为一种新的成像方法，其成像原理图如图3所示［22－23］．光声粘弹成像通过检测光声激发与光声信号产生过程中的相位延迟来获取有关组织的粘弹性信息进行成像，弥补了传统的光声成像不能提供组织粘弹特性的不足．生物组织粘弹特性的研究引起医学界的广泛关注，如正常细胞比癌细胞以及药物作用的癌细胞的粘弹性系数均有明显差异．光声粘弹成像以相位作为对比度，反应的是力学特性信息;光声吸收成像以光声信号幅值作为对比度，反映的是结构形态信息．2种成像模式结合互补检测可以提高检测的准确性和完整性，具有很大的临床应用前景．图3光声粘弹成像系统［23］2565Figure3Photoacousticviscoelasticimaging
【作者单位】：华南师范大学生物光子学研究院激光生命科学研究所暨激光生命科学教育部重点实验室;
【基金】：国家科技部重点基础研究973计划项目(2011CB910402,2010CB732602) 教育部“长江学者与创新团队发展计划”项目(IRT0829)
【分类号】：R312;O426.3

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