光声成像技术.doc

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，具有高分辨率、高对比度、对人体无伤害等优点。本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究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：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Optical Coherence Tomography，OCT等）、磁共振成像(magnetic reso—nance tomography，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，它具有穿透物质的本领，但对不同物质它的穿透本领不同有破坏细胞作用X射线人体组织中氢原子核在磁场中受到激励而发生核磁共振现象医学对人体某些疾病的检测传统的检测模式无损检测模式 2光声成像 光声效应是医学光声成像研究的基础。用时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。【1】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，开始迅速发展；上世纪70年代，光声效应是用于光谱形成了光声光谱技术；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。 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德干涉仪实现环形光学探测，提高了信号探测的效率。【2】用数字散斑干涉法(Digital Speckle PatternInterferometry，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时显示各吸收体的分布状况(实验中实现了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，实验中已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】使用了更高的6．6 kHz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做多的是在血管光声成像，如对肿瘤血管再生的光声成像【8】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。【10】在老鼠的体内注入亚甲基蓝，在老鼠体内注射亚甲基蓝，用光声成像技术进行SLN的鉴别，得到SLN的高光学对比度和约500 m的分辨率，2D图像的成像深度达20 mm，3D图像的成像深度达到31 mm。【11】到了2010年以后，光声成像技术在医学上的研究更加深入，涉及到多种疾病。用光声成像技术对离体老鼠心脏病灶组织进行成像，实验结果清晰地显示光声成像用于探测病态组织的可能性，并得到分辨率低于100 la．m的3D图像【12】。同时技术上也运用了光声光谱与CT扫描仪相结合，对活老鼠尾部的静脉和动脉成像，以及利用荧光成像和光声光谱学相结合，开发和测试分子探针在体探测NPR-1(Neutropilin一1 receptor)的表达【14】。这些研究表明，光声成像技术具有临床应用的潜在可能性，同时也显示了造影剂用于光声成像的可行性。 4前景与展望 光声成像技术是一种无损的检测技术。近年来光声成像技术已经称为研究和临床医学研究的热门方向。随着光声成像技术理论的成熟和不断的研究改进，光声技术将拥有广阔的发展前景，特别是