光声成像系统

2020-12-21 13:37:32 浏览:667

定义

脉冲激光照射到生物组织中时,组织的光吸收域将产生超声信号,称这种由光激发产生的超声信号为光声信号。生物组织产生的光声信号携带了组织的光吸收特征信息,通过探测光声信号能重建出组织中的光吸收分布图像,即为光声成像。

光声成像系统

光声成像结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声组织成像中深穿透特性的优点,可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1 mm),可实现50 mm的深层活体内组织成像。光声成像是近年来发展起来的一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法,下面介绍三种常见的光声成像系统。

1、基于单探头的光声断层扫描成像系统 

该系统是指在成像系统中使用的超声探测器为单个阵元的传感器。传感器利用物体吸收强度调制的光束而产生热,周期性热流使物体热胀冷缩发出范围为1~100MHz的超声波并通过周围的介质向外传播的特姓,采用大功率绿光激光器作为光源,经过凹透镜光束被扩散,垂直照射到沉浸在水中的待检测物体上,物体产生光声效应向外发出超声波,经过水的传播由超声探测器接受,完成对物体的光声探测。

当一束激光入射到生物组织中时,所激发的超声波被单个探测器所探测,并经过调理电路有采集卡采集,然后采集卡再触发旋转电机带动单探头进行环形扫描。当然除了环形的二维扫描外,还可以通过在垂直上实现一维平移,可以对组织的不同断层进行扫描成像。对采集到的数据通常采用滤波反投影法来重建光声图。目前国内外有不少单位采用这种系统开展科研工作,如刑达小组利用这种单探头光声成像系统对早期肿瘤的检测。然而,由于系统需要步进旋转电机来扫描,成像时间受到了很大的限制,很难对瞬间的结构或功能信息进行成像。

2、基于阵列探测器的光声断层扫描成像系统

基于阵列探测器的光声断层成像系统可以分为线阵列和面阵列两种。线阵列往往仍然需要电机来带动扫描,只是节约了在线方向上的扫描时间,虽然比单阵元的成像速度要快,但没有实现真正意义上的三维实时成像。要实现三维实时的光声成像,可采用面阵列探测器,当一束激光入射到组织中时,各个方向上的光声信号由面阵列探测器直接采集并放大,最后有多通道数据采集卡来采集。与传统的单元扫描和线阵旋转扫描光声技术相比,面阵列光声成像系统克服了成像速度慢,处理数据冗余,算法复杂的缺点。这种快速的光声三维成像系统还可以根据实验需要有选择性开通部分的传感器阵列来对局部的组织进行成像,该方法和装置对于实现光声技术的仪器化、临床化有巨大的推动作用。

3、基于光声断层扫描成像技术的多模态影像系统

光声成像技术作为一种新型的影像技术具备很多传统影像技术所不具备的功能。但是传统的影像技术如CT、核磁等又相对较成熟,在各大中小医院都在普及使用。因此,有效的将光声成像技术与传统的影像技术进行系统集成成为不少科研单位的重视。比如将光声断层扫描成像与CT融合为一体的双模态系统中,CT提供了高分辨的关节结构成像,而光声断层扫描成像技术提供了关节中的血红蛋白、水等各种组份的浓度。这些多模态的影像技术即结合了光声技术的功能性成像,也充分利用了传统影像技术的优点,为疾病的早期诊断提供了一种多参数的检测手段。

参考文献

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光声成像

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