超聲分辨率光聲顯微鏡的優(yōu)勢以及性能特點-華普通用

光聲成像是基于光聲效應(yīng)的一種復(fù)合成像技術(shù)，超聲分辨率光聲顯微鏡有效地綜合了聲學(xué)方法對深層組織成像分辨率高的優(yōu)點，以及光學(xué)成像在獲取組織化學(xué)分子信息方面的優(yōu)勢。當(dāng)激光照射物質(zhì)時，被照射區(qū)域及臨近區(qū)域會吸收電磁波能量并將其轉(zhuǎn)換為熱能，進而由于熱脹冷縮而產(chǎn)生應(yīng)力或壓力的變換，激發(fā)并傳播聲波，稱為光聲信號(見圖)。超聲分辨率光聲顯微鏡其強度和相位不僅取決于光源，更取決于被照射物質(zhì)的光吸收系數(shù)的空間分布，以及被照物質(zhì)的光學(xué)、熱學(xué)、彈性等特性。光聲成像正是通過檢測光聲效應(yīng)產(chǎn)生的光聲信號，從而反演成像區(qū)域內(nèi)部物質(zhì)的光學(xué)特性，重構(gòu)出光照射區(qū)域內(nèi)部的圖像。通過選擇合適的成像模式和選用不同頻率的超聲換能器，光聲成像可以提供微米甚至納米量級的空間分辨率，同時獲得毫米到幾十毫米量級的成像深度。光聲成像技術(shù)十幾年的發(fā)展顯示了它能對生物組織內(nèi)一定深度病灶組織的結(jié)構(gòu)和生物化學(xué)信息高分辨率、高對比度成像，而其他技術(shù)則暫不具有這樣的功能。目前，光聲成像技術(shù)已是生物組織無損檢測領(lǐng)域里備受關(guān)注的研究方向之一，國際上眾多研究學(xué)者將重心轉(zhuǎn)移至這一研究方向。

　　光聲成像有兩種具體的實現(xiàn)方式：一種是光聲斷層成像(Photoacoustic tomography，PAT)，另一種是光聲顯微鏡(Photoacoustic microscopy，PAM)。光聲斷層成像系統(tǒng)使用非聚焦激光照射成像樣品來產(chǎn)生光聲信號，并利用非聚焦或線聚焦換能器接收光聲信號，隨后通過求解光聲傳播逆問題來重構(gòu)光聲圖像。光聲斷層成像的圖像重構(gòu)依賴于特定的圖像重構(gòu)算法，其成像的空間分辨率和成像深度取決于超聲換能器的工作頻率。光聲顯微鏡通常使用掃描的方式獲得，而不需要復(fù)雜的重建算法。掃描的方式主要有兩種，第一種是通過掃描一個聚焦的超聲探測器以獲取光聲圖像，這種方式被稱為超聲分辨率光聲顯微鏡，它通過超聲來進行定位，分辨率決定于超聲換能器的帶寬以及中心頻率，分辨率能等達(dá)到15微米到100微米，由于利用超聲進行定位，因此這種顯微鏡的成像深度能達(dá)到30毫米。第二種掃描方式是采用會聚的激光束進行掃描，通過這樣的方式能達(dá)到光學(xué)分辨率的光聲成像，它的分辨率取決于會聚激光束的衍射極限，因此它也被稱為光學(xué)分辨率光聲顯微鏡，由于這種方法通過光來定位，由于組織的散射的影響，它的穿透深度不如超聲分辨率光聲顯微鏡。

　　我國科研人員在這一領(lǐng)域做出了較大的貢獻，例如華南師范大學(xué)生物光子學(xué)研究院邢達(dá)教授團隊建立了基于二維掃描振鏡的共焦光聲顯微成像系統(tǒng)，能夠高分辨地成像多種癌癥細(xì)胞、黑色素細(xì)胞、紅細(xì)胞、神經(jīng)細(xì)胞等，并建立起基于中空超聲聚焦探測器的光聲顯微鏡，實現(xiàn)了多尺度的光聲顯微成像。唐志列教授課題組建立了基于光聲微腔的顯微成像系統(tǒng)，獲得了高分辨率的光聲顯微圖像。中國科學(xué)院深圳先進研究院宋亮研究員課題組利用壓縮感知技術(shù)提高了光聲顯微成像的成像速度，并通過改進光聲顯微成像系統(tǒng)的掃描裝置實現(xiàn)了亞波長分辨率的光聲成像。華中科技大學(xué)駱清銘教授團隊構(gòu)建了基于反射式顯微物鏡的光聲顯微成像系統(tǒng)，改善了成像分辨率及成像深度。