什么是光声成像?
光声成像(photoacoustic effect,简称PA)是一种结合了光学和超声的一种强大非侵入式的技术,它能够根据光声效应检测样品的光吸收。所谓的光声效应是利用光能转化为声能的一种物理现象,当脉冲激光照射生物组织中时,组织的光吸收域将产生超声信号,我们称这种由光激发产生的超声信号为光声信号[1]。在近几年,光声成像技术已经成功的应用于细胞、毛细血管和组织的探测中。
什么是OCT技术?
光学相干层析成像(Optical Coherence Tomography, 简称OCT)在上世纪90年代即被开发用于生物学的无创断层扫描成像。OCT使用低相干干涉术,以类似于超声脉冲回波成像的方式,从内部组织微结构的光学散射信号生成截面二维图像。OCT具有微米级的纵向和横向空间分辨率,可以检测到小至入射光功率约10-10的反射信号,对透明、半透明、浑浊材料内部可以有很好的细节检测能力,对于不可穿透材质也可轻松实现表面轮廓扫描[2]。
针对表面以及内部缺陷识别应用来说,是对于传统相机视觉技术的有力补充。一般可分为时域光学相干层析成像术(TDOCT)和光谱域光学相干层析成像术(SDOCT)。SDOCT一般以迈克尔逊干涉仪为主记录低相干干涉光谱信号,通过傅里叶变换,实现样品内部纵向信息(深度方向)的并行获取,目前是临床眼科应用的主流技术。
光声成像具有非常好的成像深度和一定的分辨率,而OCT技术有非常好的成像分辨率,但是成像深度一般在几百µm。


光声技术应用方向
1.生物医学成像:如冠状动脉、消化道、呼吸道、脑皮层、癌症、皮肤等各种生物组织的成像及某些材料特性的检测。
2.药物传递研究:光声成像可以用于研究药物在体内的传递过程。通过注入药物和控制激光位置,可以观察到药物在体内的分布情况,从而为药物疗效评估提供依据。
3.神经科学研究:光声成像可以用于观察神经元的活动。通过将激光照射到神经元上,可以观察到神经元的兴奋和抑制等过程,从而增加对神经系统的理解。
4.材料科学:光声成像可以用于材料表征。例如,可以通过光声成像来观察材料的内部结构、缺陷和应力分布。
5.气体检测:光声成像可以用于检测气体浓度和气体分布。利用光声成像技术,可以实现对大气环境中的有害气体、烟雾等的快速、无损和远程检测。
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传统的光声成像系统一般是基于压电传感器来探测信号,因此需要与样品有接触,然而在很多的临床情况下不允许有直接的接触,例如眼科和脑科的手术,所以无接触的光声成像的研究在目前具有很大的前景。
东北大学基于频域光学相干层析成像的技术搭建了一套系统用以实现无接触的光声成像的目的。这种全光检测利用样品的镜面反射,以直接在覆盖在样品上的水面上以非接触方式实现的。在SDOCT的照射过程中,干涉谱相位随PA激发引起的水面振动而不断变化,通过快速傅里叶变换(FFT)来进行PA成像[3]。







参考文献:
1. 曾礼漳, 杨思华, 邢达. 光声成像技术及其医学应用进展. 华南师范大学学报:自然科学版 2016; 48(1):7.
2. 薛平 陈. 光学相干断层扫描成像新技术OCT. 物理与工程 2001; 11(3):5.
3. Ma Z, Ding N, Li Z, Zhu K, Li A, Lin Z, et al. Spectral interference contrast based non-contact photoacoustic microscopy realized by SDOCT. Optics Letters 2022; 47(11).
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