光声显微成象——一种新型显微成象技术

本文概述了光声显微镜的发展概况、基本原理、装置系统、成象特点以及应用前景.以国内外已经建立的光声显微镜装置及其所取得的研究成果,说明这种成象系统在物理、化学、生物、医学及其它科学研究和生产实际中将发挥重要作用.     

生物医学光声成像的研究进展

光声成像是21世纪初发展起来的新兴的生物医学成像技术,它同时具备光学成像和声学成像两者的优点,因而备受关注。本文对生物医学光声成像的发展进行了综述。首先,介绍了光声成像的特点以及相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点;其次,在成像原理上解释了光声成像优点的成因,并介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像技术;再次,详细介绍了多尺度的光声图像分辨率和成像深度,以及多信息维度的光声成像参数;最后,展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性。     

英国ULTRASONICS期刊消息

英国ULTRASONICS期刊主办的国际超声会议’93(UI’93)将于1993年7月在奥地利维也纳召开。 Ultrasonics期刊欢迎各国作者投稿。稿件内容包括:超声学物理(声-光、超声显示、超声成象、声电装置、声表面波、声显微镜、声发射、超声传播、激光器用于超声、化学反应),非线性超声,医学,生物和化学超声,水声,功率超声,超声无损检测,超声换能器等。     

多参量光声成像及其在生物医学领域的应用

光声成像兼具声学成像和光学成像两者的优点, 因而成为近十年来发展最迅速的生物医学成像技术之一. 本文介绍了光声成像的特点及其相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点; 其次, 解释了光声成像的成像原理, 在此基础上介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像方案, 并介绍了它们的技术特点; 然后, 介绍了光声成像对生物组织的生化特性、组织力学特性、血液流速分布、温度分布参数、微结构特性等多信息参量的提取能力, 及其在生物系统的结构成像、功能成像、代谢成像、分子成像、基因成像等多领域的应用; 最后, 展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性.     

光声显微镜对集成电路的分层成象

利用光声显微镜对集成电路的亚表面结构进行剖析和检测是研究光声显微镜的重要目的之一.本文在理论上从一维热弹模型出发,针对我们的光声成象系统(特别是光声效应的压电接收系统)提出了一些特定的边界条件,计算并分析了利用光声显微镜系统对集成电路实现分层成象的可能性,并且在实验上得到了部分分层成象的结果,显示出光声显微镜作为集成电路生产的监控和检测工具有重要的应用前景.     

光声信号的双谱分析方法研究

基于光声效应的光声光谱技术是光学与声学的有机结合, 可利用不同波长的入射光波, 产生不同的光声信号, 从而为组分识别、组织无损检测等提供高对比度图像, 是一种极具潜力的新型医学诊断技术.但光声光谱检测技术由于受检测方法的制约, 往往扫描时间较长, 而且信号的稳定性和图像识别的准确性也较差. 为了弥补单一光声光谱分析的局限性, 根据光声效应原理和振动理论, 提出了一种光声光谱与光声频谱相结合的双谱分析方法. 该方法通过光声频域信息的定量分析, 可以有效地提高不同组织的光声图像对比度, 从而提高光声成像的组分识别能力, 为光声频谱功能成像奠定理论基础. 实验结果显示, 光声光谱与光声频谱相结合的双谱分析方法可以较好地识别实验组织样品, 可实现高速、高分辨率的组分识别、组织探伤等, 具有广泛的应用前景和重要的临床诊断意义. 关键词： 光声成像 光声光谱分析 光声频谱分析     

用于无损检测的合成孔径声成象

本文从常规透镜成象原理引伸到聚焦扫描成象和合成孔径成象,说明了合成孔径成象技术对提高成象质量的潜在能力.综述了美国斯坦福大学Kino教授实验室在合成孔径声成象方面的研究进展(作者曾参与这方面工作).其中包括:用于超声无损检测的合成孔径成象的几种安排;针对物体镜面反射问题而提出来的新的选择性孔径方法及其计算机模拟和实验结果等.最后,本文将简要介绍该实验室的实时成象系统及部分实验结果.     

基于声透镜成像系统的光声层析成像

光声成像是采用“光激发-超声波成像”的新型成像技术，它是检测强散射介质内部光吸收分布的一种有效医学影像技术.用短脉冲激光照射强散射介质(如生物组织)，强散射介质由于光声效应产生超声信号，使用具有成像能力的声透镜把声压分布成像于像面上，然后利用具有空间分辨能力的阵列光声传感器，把同一像面上的光声信号强度记录下来，最后根据光声信号强度的空间分布进行图像重组.根据成像系统物像共轭原理，同一物平面的光声信号到达像面的时延相等，而不同物面的光声信号到达同一个探测器平面的时延各不相同，因此，利用BOXCAR的门控积分 关键词： 光声层析成像 声透镜 光声信号     

超短光脉冲的平均功率和脉宽及锁模状态对双光子显微镜成象的影响

显微镜成象是研究生物活体细胞结构及活动规律的重要技术.飞秒光脉冲是多光子显微镜的主要光源,它的性能(脉宽、平均功率和锁模状态等)严重影响成象的质量.双光子激发荧光强度正比于超短脉冲平均功率的平方,反比于脉宽,锁模稳定状态严重影响成象的清晰度.对用Cameleon转染的HeLa细胞和GFP转基因水稻叶的实验研究结果与理论一致.     

扫描光声显微镜

本文简单叙述了扫描光声显微镜的原理、应用、发展以及我们现阶段的研制成果,光声信号可以用振幅或相位接收的方式成象,分辨率达到4.5μm,从已获得叉指换能器,集成电路以及材料亚表面结构等样品的光声象可以说明这种显微镜技术在固体物理、材料科学,甚至医学上均具有重要的应用前景。 关键词：     

利用近红外光激发的光声血管造影成像

利用近红外光结合对应波长的光吸收增强对照剂来实现在体小鼠脑皮层血管的光声成像.近红外光在生物组织上有较深的穿透能力;而作为光吸收增强剂的外源染料吲哚菁绿注射到血液系统后则增加了血管对光的选择性吸收,从而增强了血管光声信号的强度.实验在不破坏脑头皮和头盖骨的前提下,通过静脉注射吲哚菁绿,获得小鼠脑皮层血管的光声造影成像.光声重建的血管网络与小鼠脑部解剖照片相当符合.实验结果证明近红外光结合光吸收增强剂的光声血管造影技术对于开展光声脑功能成像,光声分子成像提供了潜在的可行性. 关键词： 光声成像 光吸收增强剂 血管造影 光声信号     

无扫描光源调制层析成象显微镜(1)-理论

分析普通显微镜的成象过程可以看到,它不能进行层析成象的原因在于并非所有的空间频率都随着离焦量的增加而衰减.通过改装普通显微镜的照明光路,采用调制光源照明物体,从而获得物体的层析象与普通显微镜成象的叠加象,该叠加象经过快速算法运算后,可实时获得类似于共焦显微镜的层析象,最终实现层析成象.本文通过对本显微镜成象光学系统物理模型的简化,解释了该系统的层析能力和解码方法.根据分析可以发现,这种照明调制显微镜实际上是一种选择性照明显微镜,即选择有限宽度的层进行照明.     

基于光声成像的生物组织微结构定征研究进展*

光声成像是一种新兴的复合型生物医学成像技术,它既具有光学成像丰富的光学对比度,又具有声学成像成像深度深、深层组织空间分辨率高的优点。作为一种非侵入式的成像技术,光声成像逐渐显现出极大的生物医学应用潜力。该文首先介绍了光声成像的物理机制,以及光声显微镜和光声计算机断层成像这两种典型的光声成像技术;然后讨论了从光声射频信号中提取组织微结构的尺度、数量密度、弹性等特征参数的研究进展,并展望了其在组织定征和分类上的应用前景。     

光声效应及其应用

本文简要地介绍了光声检测的特点,以及气体、固体光声效应的原理及其应用.     

基于多元相控技术的一体化光声快速成像系统

利用多元相控技术发展了一体化光声快速成像系统,该成像系统集成了激光传输、光声激发和光声信号探测.多元线性阵列探测器以反射模式接收光声信号,并通过相控聚焦技术快速成像,得到了不同深度的猪油模拟样品的光声像和活体动物不同直径血管的光声像,系统的横向分辨率为0.5 mm,光声采集成像时间为5 s.该一体化光声快速成像系统与现有的光声成像系统相比,具有快速方便等特点.     

声透镜对多层样品的光声层析成像

由于光声效应产生光声压分布图像,所以当强散射介质中的模拟吸光组织在受到短脉冲激光照射时,该声压分布会经声透镜成像在像平面上。在像平面上利用线性超声探测器阵列获取光声信号并传递给高速数据采集卡进行数据采集,可由程序重构出光声图像。设计的光声层析成像系统可以采集记录一定深度的数据,成像时只要在所采集到的数据中选取不同列数即可同时获得强散射介质多层样品不同层面的光声图像。实验成功地获得了强散射介质内多层样品不同层面的光声层析图像。该成像方法无需进行复杂的算法重建,且可以同时实现多层样品不同切面的光声成像。     

改进的同步迭代算法在光声血管成像中的应用

光声成像结合了光学成像和声学成像的优点，是一种高分辨率，高对比度的无损伤医学成像技术.一种改进的同步迭代算法应用于光声图像重建.仿真和模拟结果表明，与传统的代数迭代算法相比，在90°，135°，180°的有限场光声成像中，此算法对测量误差的校正和迭代次数的收敛上具有较大的优势，图像重建的速度和成像质量都有了明显的提高.实验中，一种圆形扫描结构的光声成像装置，用于180°的有限场扫描，利用改进的同步迭代算法，重建出了高对比度和高分辨率（60μm）的鸡胚胎光声血管图像.实验证明，这种算法的应用，大幅度减少了数据采集时间，为光声成像技术运用于实时监测血流灌注和肿瘤光动力治疗的血管损伤效应提供了潜在的应用价值. 关键词： 光声成像 有限角度 代数迭代算法 光声血管成像     

光声光谱检测装置中光声池的数值计算及优化

利用光声光谱技术进行痕量气体的检测具有独特的优势,光声池是系统装置中最为重要的核心部件,它决定着整机性能的优劣.以一圆柱形共振型光声池为研究对象,基于声学与吸收光谱学的基本理论,建立了光声池声场激发的数学模型;利用数值模拟方法对光声池空腔结构进行了声学模态仿真,获得了前8阶声学模态值以及声压可视化振型;在考虑热黏性声学损耗的作用下,对光声池进行了热-声耦合多物理场仿真计算;将仿真结果与解析计算和实验结果进行对比,明确了利用数值模拟方法来计算光声池有关指标的可靠性与可行性;针对光声池的优化问题,提出了一种将响应面代理模型与遗传算法相结合的优化算法,在将原光声池中的谐振腔两端形貌更改为喇叭口形的情况下,通过优化算法获得了以光声池品质因数Q及池常数C_(cell)为最大值寻优的Pareto最优解集;选取一组解进行考察,结果表明,代理模型预测值与数值模拟值指标最大误差仅为1.3%,优化后的新型光声池Q较之前增长了48.9%, C_(cell)增长了34.4%.研究方法可为光声光谱中光声池的优化设计提供参考借鉴.     

固体中光声喇曼效应的原理特性分析

从相干喇曼放大过程出发,运用准平衡模型以及热弹理论,对固体样品中光声喇曼效应进行理论分析,导出了脉冲激光泵浦下的光声喇曼信号表达式,并做了数值估算.总结分析了固体介质中光声喇曼效应的一些特性.     

声镜

 声镜即超声显微镜,是以超声为载体,并使其沿一定路径传播、转换,从而显示物体细微结构的显微装置．１９３６年前苏联科学家索科洛夫提出超声显微镜的设想,到六、七十年代,随着与声成像相关技术的进步,超声显微镜象电子显微镜一样有了长足发展,其中凯斯勒等人的激光扫描声镜（ＳＬＡＭ）和夸特等人的聚焦声束机械扫描声镜（ＳＡＭ）是目前声镜两个较主要的分支．声镜特点：超声显微镜利用物体声学特性的差异来显示物体．物体的声学特性是指声阻抗率和声衰减,它们与物体的结构、成份、弹性和粘弹性有关．而与物体的透光性、颜色无关,所以声镜最引人注目的特点是：被测物体不需透光;对于生物组织切片或样品无需染色.