什么是光聲成像?
光聲成像(photoacoustic effect,簡稱PA)是一種結合了光學和超聲的一種強大非侵入式的技術,它能夠根據光聲效應檢測樣品的光吸收。所謂的光聲效應是利用光能轉化為聲能的一種物理現象,當脈沖激光照射生物組織中時,組織的光吸收域將產生超聲信號,我們稱這種由光激發(fā)產生的超聲信號為光聲信號[1]。在近幾年,光聲成像技術已經成功的應用于細胞、毛細血管和組織的探測中。
什么是OCT技術?
光學相干層析成像(Optical Coherence Tomography, 簡稱OCT)在上世紀90年代即被開發(fā)用于生物學的無創(chuàng)斷層掃描成像。OCT使用低相干干涉術,以類似于超聲脈沖回波成像的方式,從內部組織微結構的光學散射信號生成截面二維圖像。OCT具有微米級的縱向和橫向空間分辨率,可以檢測到小至入射光功率約10-10的反射信號,對透明、半透明、渾濁材料內部可以有很好的細節(jié)檢測能力,對于不可穿透材質也可輕松實現表面輪廓掃描[2]。
針對表面以及內部缺陷識別應用來說,是對于傳統(tǒng)相機視覺技術的有力補充。一般可分為時域光學相干層析成像術(TDOCT)和光譜域光學相干層析成像術(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,通過傅里葉變換,實現樣品內部縱向信息(深度方向)的并行獲取,目前是臨床眼科應用的主流技術。
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。
光聲技術應用方向
1.生物醫(yī)學成像:如冠狀動脈、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。
2.藥物傳遞研究:光聲成像可以用于研究藥物在體內的傳遞過程。通過注入藥物和控制激光位置,可以觀察到藥物在體內的分布情況,從而為藥物療效評估提供依據。
3.神經科學研究:光聲成像可以用于觀察神經元的活動。通過將激光照射到神經元上,可以觀察到神經元的興奮和抑制等過程,從而增加對神經系統(tǒng)的理解。
4.材料科學:光聲成像可以用于材料表征。例如,可以通過光聲成像來觀察材料的內部結構、缺陷和應力分布。
5.氣體檢測:光聲成像可以用于檢測氣體濃度和氣體分布。利用光聲成像技術,可以實現對大氣環(huán)境中的有害氣體、煙霧等的快速、無損和遠程檢測。
杏林睿光MCA激光器:解鎖生物光學成像新維度
傳統(tǒng)的光聲成像系統(tǒng)一般是基于壓電傳感器來探測信號,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,所以無接觸的光聲成像的研究在目前具有很大的前景。
東北大學基于頻域光學相干層析成像的技術搭建了一套系統(tǒng)用以實現無接觸的光聲成像的目的。這種全光檢測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現的。在SDOCT的照射過程中,干涉譜相位隨PA激發(fā)引起的水面振動而不斷變化,通過快速傅里葉變換(FFT)來進行PA成像[3]。
參考文獻:
1. 曾禮漳, 楊思華, 邢達. 光聲成像技術及其醫(yī)學應用進展. 華南師范大學學報:自然科學版 2016; 48(1):7.
2. 薛平 陳. 光學相干斷層掃描成像新技術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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