什么是光聲成像?
光聲成像(photoacoustic effect,簡(jiǎn)稱PA)是一種結(jié)合了光學(xué)和超聲的一種強(qiáng)大非侵入式的技術(shù),它能夠根據(jù)光聲效應(yīng)檢測(cè)樣品的光吸收。所謂的光聲效應(yīng)是利用光能轉(zhuǎn)化為聲能的一種物理現(xiàn)象,當(dāng)脈沖激光照射生物組織中時(shí),組織的光吸收域?qū)a(chǎn)生超聲信號(hào),我們稱這種由光激發(fā)產(chǎn)生的超聲信號(hào)為光聲信號(hào)[1]。在近幾年,光聲成像技術(shù)已經(jīng)成功的應(yīng)用于細(xì)胞、毛細(xì)血管和組織的探測(cè)中。
什么是OCT技術(shù)?
光學(xué)相干層析成像(Optical Coherence Tomography, 簡(jiǎn)稱OCT)在上世紀(jì)90年代即被開發(fā)用于生物學(xué)的無(wú)創(chuàng)斷層掃描成像。OCT使用低相干干涉術(shù),以類似于超聲脈沖回波成像的方式,從內(nèi)部組織微結(jié)構(gòu)的光學(xué)散射信號(hào)生成截面二維圖像。OCT具有微米級(jí)的縱向和橫向空間分辨率,可以檢測(cè)到小至入射光功率約10-10的反射信號(hào),對(duì)透明、半透明、渾濁材料內(nèi)部可以有很好的細(xì)節(jié)檢測(cè)能力,對(duì)于不可穿透材質(zhì)也可輕松實(shí)現(xiàn)表面輪廓掃描[2]。
針對(duì)表面以及內(nèi)部缺陷識(shí)別應(yīng)用來(lái)說(shuō),是對(duì)于傳統(tǒng)相機(jī)視覺(jué)技術(shù)的有力補(bǔ)充。一般可分為時(shí)域光學(xué)相干層析成像術(shù)(TDOCT)和光譜域光學(xué)相干層析成像術(shù)(SDOCT)。SDOCT一般以邁克爾遜干涉儀為主記錄低相干干涉光譜信號(hào),通過(guò)傅里葉變換,實(shí)現(xiàn)樣品內(nèi)部縱向信息(深度方向)的并行獲取,目前是臨床眼科應(yīng)用的主流技術(shù)。
光聲成像具有非常好的成像深度和一定的分辨率,而OCT技術(shù)有非常好的成像分辨率,但是成像深度一般在幾百µm。
光聲技術(shù)應(yīng)用方向
1.生物醫(yī)學(xué)成像:如冠狀動(dòng)脈、消化道、呼吸道、腦皮層、癌癥、皮膚等各種生物組織的成像及某些材料特性的檢測(cè)。
2.藥物傳遞研究:光聲成像可以用于研究藥物在體內(nèi)的傳遞過(guò)程。通過(guò)注入藥物和控制激光位置,可以觀察到藥物在體內(nèi)的分布情況,從而為藥物療效評(píng)估提供依據(jù)。
3.神經(jīng)科學(xué)研究:光聲成像可以用于觀察神經(jīng)元的活動(dòng)。通過(guò)將激光照射到神經(jīng)元上,可以觀察到神經(jīng)元的興奮和抑制等過(guò)程,從而增加對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的理解。
4.材料科學(xué):光聲成像可以用于材料表征。例如,可以通過(guò)光聲成像來(lái)觀察材料的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、缺陷和應(yīng)力分布。
5.氣體檢測(cè):光聲成像可以用于檢測(cè)氣體濃度和氣體分布。利用光聲成像技術(shù),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大氣環(huán)境中的有害氣體、煙霧等的快速、無(wú)損和遠(yuǎn)程檢測(cè)。
杏林睿光MCA激光器:解鎖生物光學(xué)成像新維度
傳統(tǒng)的光聲成像系統(tǒng)一般是基于壓電傳感器來(lái)探測(cè)信號(hào),因此需要與樣品有接觸,然而在很多的臨床情況下不允許有直接的接觸,例如眼科和腦科的手術(shù),所以無(wú)接觸的光聲成像的研究在目前具有很大的前景。
東北大學(xué)基于頻域光學(xué)相干層析成像的技術(shù)搭建了一套系統(tǒng)用以實(shí)現(xiàn)無(wú)接觸的光聲成像的目的。這種全光檢測(cè)利用樣品的鏡面反射,以直接在覆蓋在樣品上的水面上以非接觸方式實(shí)現(xiàn)的。在SDOCT的照射過(guò)程中,干涉譜相位隨PA激發(fā)引起的水面振動(dòng)而不斷變化,通過(guò)快速傅里葉變換(FFT)來(lái)進(jìn)行PA成像[3]。
參考文獻(xiàn):
1. 曾禮漳, 楊思華, 邢達(dá). 光聲成像技術(shù)及其醫(yī)學(xué)應(yīng)用進(jìn)展. 華南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版 2016; 48(1):7.
2. 薛平 陳. 光學(xué)相干斷層掃描成像新技術(shù)OCT. 物理與工程 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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