超声调制的光学成像技术研究

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1、摘要光学相干层析技术，作为一种新型的无损医学成像检测方法，其探测精度高，而且有可能实现功能成像，对于癌变组织的早期发现和诊断具有重要的意义，但受目前技术的局限性，还不能完全满足临床应用的要求。聚焦超声调制的光学层析方法被认为是很有应用前景的一个光层析成像领域，即用聚焦超声标记散射光子，并从这些光子中提取该处介质的信息。它结合了光学方法(检测灵敏度高、可功能成像等)和声学方法(在组织中穿透能力强、散射少)的优点，可对较深处组织、以较高分辨率成像。超声调制主要是使散射介质内的散射粒子的分布以及光学特性发生变化，比如说使介质的折射率发生改变

2、而导致光学相位变化，结合散射和自相关理论可以解释一些超声调制多重散射光的现象。在实际测量上利用模拟组织和生物组织在光学性质，特别是光吸收系数的差别所引起对应超声调制频率的谱强度不同来进行图像重建成像。该技术有望实现对现存的光学层柝技术的改造，促进其实际应用。该工作在本实验室的前期研究的基础上，对超声调制的光学层析成像的实验技术做了详细的阐述，并综合各研究小组的技术特点傲了新的改进，包括整个实验方案和技术。1、用实时快速Fourier变换(FFD和聚焦超声调制的光学层析术以增加探测灵敏度和信噪比，用FFT实时地将调制光光信号滤出，用其谱

3、强度重建图像。而聚焦超声以其良好聚焦效果和调制效率可以提高信噪比和分辨率。2、结合自动控制技术，可以灵活、方便、全自动完成聚焦超声定位和数据采集。并且在综合国内外各小组的实验技术的优点的基础上，创造性地提出声光同轴反射式方案，即超声和入射光同轴，并和探测器在同一方向上。一方面在对垂直调制方法中轴向分辨率差的问题可以加以弥补：另一方面这种实验方案比其它方案更实用，更方便。在该方案基础上设计了相应的实验系统，并成功实现了光学成像。该系统可以进一步改造，将激光入射光纤、超声和光纤接收器集成为一个复合探头，便于临床应用。关键词：光学层析、超声

4、调制、同轴反射，医学成像。英文摘要ABSTRACTOpticaltomographyofbiologicaltissuehasbecomeanactiveresearchfieldbecauseoftheadvantagesofnoninvasive，sensitiveandfunctionalimagingforbiomedicaldiagnosis．Itisveryhelpfultofindcanceroustumorofparenchymaorgansintheinitialstage，butthebiologicaltissu

5、eisopticallyturbidandastrongscatteringmedia，whichresultsinalimitedpenetrationdepthofseveralmillimeterswithhighresolution．Ontheotherhand，somenoncoherentmeasurementmethodscanbeappliedtoimagethetissueatseveralcentimetersdepth，whiletheimageresolutioniSnotsatisfied．Therefore

6、，focusedultrasound—modulatedopticaltomographyhasbeendevelopedandshowsapromisingprospectforimagingtissueindepthwithbetterresolution．Itcombinestheadvantagesofultrasoundandopticaltechnology．Ultrasonicwavescattersmuchlessinbiologicaltissuethanlightwaveandcanbeusedasalocaliz

7、erintissue．Thediffusedphotonstaggedbytheultrasoundinthefocalzonewillbecollectedandusedforimage．Thepossiblemechanismsarebasedonultrasound-inducedvariationsoftheopticalpropertiesofthemediaanddisplacementsofscatteringmediavariations．However,thisacousto-opticaltomographydoe

8、sn’trealizetheclinicalapplication，whichneedsadeepresearch．Inthiswork，anewexperimentalconfigurationwasproposeda