作為一種新型的成像技術，光聲成像在越來越多的領域得到了套用。 該成像技術以脈衝雷射作為激勵源，以及由此激發的超聲信號作為信息載體，通過對採集到的信號進行圖像重建，進而得到組織的光吸收分布信息，該技術融合了純 光學成像技術的高對比度和純聲學成像的高解析度的優點，為研究生物組織的結構和功能信息等提供了重要手段，在生物醫學領域具有廣闊的套用前景，已逐漸成為 國際醫學影像技術領域的研究熱點。
基本介紹
- 中文名：光聲顯微成像
- 外文名：Photoacoustic microscopy
血液循環是生物機體正常新陳代謝所需營養物質和代謝廢物的運輸通道,血管形態結構異常會影響機體的正常新陳代謝,並最終影響組織和細胞生存。因此,實現在體血管形態結構和血液動力學參數的高分辨成像具有重要意義。新近出現的光聲成像技術有機結合了光學成像高對比度和超聲成像高空間解析度的優點,能夠在大成像深度下對血管結構和血液動力學參數實現顯微成像,然而具有高空間解析度的光聲顯微成像系統(Photoacoustic Microscopy, PAM)採用的簡單時間反演圖像處理方法只能保證系統在有限的焦深範圍內獲得高的空間解析度,亟需在圖像重建算法上開展進一步的研究。因此,本文首先利用實驗室已經搭建完成的PAM系統建立起在體血紅蛋白濃度和血氧飽和度成像的方法,並提出二維合成孔徑和自適應合成孔徑圖像重建算法來改善系統離焦情況下的空間解析度,使系統能夠在成像深度範圍內對血管結構和血液動力學參數進行三維高解析度成像。最後將該系統套用於大鼠中動脈阻塞的缺血性中風過程中的血液動力學參數變化的初步研究中。其主要內容如下：
(1)針對光聲顯微成像系統只能在有限的焦深範圍內獲得高空間解析度的特點,提出了基於虛探測器的二維數值合成孔徑圖象重建算法(Two-dimensional Synthetic-Aperture Focusing Technique,2D SAFT),能同時從兩個掃描方向對光聲顯微成像的結果進行孔徑合成來提高系統離焦區域的空間解析度和信噪比。實驗結果證明離焦時在以焦點為中心的1.2mm深度範圍內,用一維合成孔徑的方法計算的結果表明兩側向解析度最大相差為145μm,運用2D SAFT計算則使差別縮小到15μm。在離焦700μm時使用2D SAFT得到的最大值投影圖的信噪比較使用一維合成孔徑的方法提高了8dB。並最終將該算法套用於在體成像中。
(2)提出並實現了可自動針對每個分支血管進行圖像重建的自適應合成孔徑(Adaptive Synthetic-Aperture Focusing Technique, ASAFT)圖像重建算法,解決了任意走向的血管在離焦情況下的光聲顯微成像中存在的側向解析度不一致的問題,並通過模型實驗和在體實驗進行了驗證。實驗結果證明ASAFT適用於不同深度、不同走向的血管,相對於一維或二維合成孔徑算法,能更準確的給出血管的重建解析度。
(3)針對大鼠中動脈阻塞(Occlusion of Middle Cerebral Artery, MCAO)模型,聯合雷射散斑成像技術和光聲顯微成像技術,對缺血3小時內的腦皮層單根動、靜脈血管中的血流速度、血紅蛋白濃度和血氧飽和度變化進行成像,並由此得到氧萃取率、氧代謂謝量的變化。結果表明缺血後40分鐘內,除了血紅蛋白濃度外,所有的血液動力學參數均表現為快速下降。其中血容在缺血後第15分鐘先增大到最大值,動脈血容達到初始值的112.42±36.69%、靜脈血容為130.58±31.01%,然後快速減小。缺血40分鐘後,腦血流、血容和血氧飽和度等始終處於緩慢的減小狀態。研究提示聯合PAM和雷射散斑成像方法能夠用於中風過程中的多個生理參數長時間監測成像。
