光声成像技术

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1、光声成像技术的发展摘要：光声成像技术是生物医学上的一种新兴的成像技术，具冇高分辨率、高对比度、对人体无伤害等优点。木文介绍了光声技术发展的背景以及近年来主要的发展情况，主要涉及近年来学者对光声成像技术的研究以及现阶段光声成像技术存在的问题以及改进。最近阐述了光声成像技术的发展前景和趋势，指出了光声成像技术向多模式结合的方式发展趋势。关键词：光声成像技术，发展，前景1前言随着现代科学技术的发展，医学成像对各种疾病的诊断与治疗有着重要的意义。对生物组织进行成像是研宄生物组织病变的重要手段。目前，被广泛运用到医学上的成像方法主要有：

2、X射线成像(包括x射线造影术成像和x射线相干层析成像OpticalCoherenceTomography，OCT等)、磁共振成像(magneticreso—nancetomography,MRT)、超声成像等。在上述的这些成像技术中，都因辐射儿对人体造成一定的损伤。X射线又称伦琴射线，它具有穿透物质的木领，侶对不同物质它的穿透本领不同，有破坏细胞作用。X射线成像是根据人体组织的密度和厚度的不同，使组织能在荧光屏或胶片上形成影像，因此有些组织痫变无法判断，并且长期频繁使用x射线成像将有损于人们健康。MRT技术是利用人体组织中氢原

3、子核在磁场中受到激励而发生核磁共振现象产生磁现象的一种成像技术。它具有辐射并却设备昂贵等特点。超声成像是一种对生物组织的无损检测，但是它的成像方法依赖与生物组织的声阻抗，由于有些肿瘤组织的声抗无明显的差异，这就限制超声成像技术的运用范围并却它的重组阁像的对比度较低。由于患者对健康的强烈需求和医学对人体某些疾病的检测传统的开刀有创伤的检测模式转向对患者无创伤的无损检测模式，所以人们期待一种对人体健康无损害，高穿透力，高分辨率，高对比度的成像技术的出现。光声成像技术是近年来发展的一种无损检测医学成像技术，它结合了光学成像和超声成像

4、的优点，正在逐步成为医学无损检测的一个新的研宄方向。2光声成像光声效应是医学光声成像研究的基础。用吋变的光束照射吸收体时，吸收体因受热膨胀而产生超声波，这种现象称为光声效应，产生的超声波称为光声信号。［n光声效应是A.G.Bell于1880年发现的，直到上世纪60年代，光声效应不仅与现代激光技术、弱信号检测技术相结合，并且开始迅速发展；上世纪70年代，光声效应是用于光谱研宄形成Y光声光谱技术；上世纪80年代，光声效应引入生物组织成像领域，形成生物组织的光声层析成像技术。在医学上，用段脉冲激光均匀照射在生物组织的表面，生物组织吸

5、收光能转化为热能，而使组织局部升温，发生热弹性膨胀，产生超声信号，在利用合适的算法进行图像重组，便可得到生物组织的光声阁像。由于光声成像是利用光能的吸收分布来反应组织内部的的结构，是一种非电离，非辐射的无损检测。由于肿瘤组织和正常组织对光吸收的差异（在近红外激光的照射下，癌变组织和周围正常组织的光吸收差异至少5倍以上）和不同生理状态的生物组织对光的吸收不同，利用光声成像就可以反映了组织的结构特征，同时还可能反映组织的代谢状态、病变特征、甚至神经活动。因此光声成像技术被认为是一种很有发展潜力的生物组织无损检测方法。3光声成像的发

6、展在过去的几十年中，光声成像技术迅速的发展。随着科技的发展，人们也对成像系统和图像重建提出了更高的要求。许多实验都基于解决光声成像所遇到的困难。如利用聚合物光纤和马赫一曾徳干涉仪实现环形光学探测，提高了信号探测的效率。［21用数字散斑干涉法（DigitalSpecklePatternlnterferometry,DSPI）探测光声信号的设想，加上特殊配置的分色镜以及标准CCD镜头和新型感应探测器，使得成像系统能够实现全视场的、非接触的、高精度的后向光声探测。［3］用可平行采集的声透镜实现实时的二维光声成像，通过模拟实验证明了在

7、使用时间分辨技术的情况下，可以不需要算法直接对不同物平面的物体同吋显示各吸收体的分布状况（实验屮实现丫4层），不足之处是没能得到三维图像。［4］则是以单一脉冲激光作为光源，采取平行探测方式实现三维光声成像，实验中己获得动态点目标和线性目标的动态三维图像。［5］使用的光源重复频率已高达kHz量级，［6］使用丫更高的6.6kHz激光重复频率，光源重复频率的提高，加快了光声信号的产生过程，大大缩短了信号采集的等待时间。［7］近年来，光声成像技术也运用到了临床医学上，但是大部分还有很多没有克服的难题。2008年光声成像技术在医学上研究

8、做多的是在血管光声成像，如对肿瘤血管再生的光声成像和无毛鼠脉管的光声成像［9］等。而到了2009年，光声技术在医学上的运用更加丰富，如：利用红外波的激光进行光声血管的造影成像，得到的图像更加深的穿透度和更好的信噪比。［w］在老鼠的体内注入亚甲基蓝，在老鼠体内注射亚中基蓝，用光