光声层析成像技术的研究进展

成像 技 术
２ １基于 单聚焦 换能 器扫 描的层 析成 像技 术
在光 声 层析 成 像 技术 的应 用 领 域最 简单 的探测 方 式 就 是采
用 单探 元 的传 感方 式 来 进行 探 测 ， 利用 单个 聚焦 换 能器 横 向扫
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度位 置 的声信 号到达 样 品表面 的超 声信 号存在 时 间差异 ， 因此 ，
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图 １ 相控 聚焦 原理 图
利 用时 间 分辨 技术 可 以获得 不 同层 析面 的光声 信 号 ， 从 而 获得
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高新技术产业发展
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光声层析成像技术的研究进展
池 妍， 谭治 良 （ 华 南师范 大学 物理 与 电信工 程学 院 ， 广 东广 州 ５ １ ０ ６ ３ １ ） 摘 要 光声 层析 成像技 术是 一种新 兴 的 医学 成像技 术 ， 具有 高分 辨率 、 高对 比度 、高 穿透 深度 的优 点。文 章 简要 介 绍光 声层 析 成像技 术 的原 理 ， 并报 道基 于单 聚 焦换 能 器扫描 的层 析成像 技 术和 基 于 多探 元超 声 探测 方式 的层析 成像 技 术， 指 出该技 术在 医学检 测上具 有 重要 的应 用 前景 。 关键 词 光 声层析 成像技 术 ； 高分 辨率 ； 高 穿透深 度 中图分类 号 ： Ｔ Ｐ ３ 文献标 识码 ： Ａ
描 的层析 成像技 术和 基于 多探 元超 声探测 方式 的层析 成像 技 术。
几十分 钟缩 短 到 几秒 ， 但 由于 受 多元探 测 器 的像 素 和 间距 的 限 制 （ 基 于相 控 聚焦 算 法 的 图像 分 辨率 取决 于 多元 探 测器 的像 素 和 间距 ） ， 其 横 向分 辨率 可 以达 到 几百微 米 ， 但 无法 用 于细 胞 水
逐 点扫 描 的成 像 方式 存在 一个 严重 的 问题 ， 就 是 成 像速 度
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过慢 ，因此 很 多小 组 相继 采 用 了多 元探 测 的方 式 ， 并 结 合一 定 算法 实 现 了光 声层 析 成像 。从 探 元 分布 情况 上 分 ， 多 探 元 的超 声探 测 系统可 以分 为 球形 、圆 柱形 以及 平面 形 多探 元分 布机 制 。
描探 测 外 部的 光声 信 号就 可 以获得 组织 内部 某 一层 析 层 面 的光 声 图像 的一 种 方 法 。该 想 法 最 早 由 Ｋ ｒ ｕ ｇ ｅ ｒ 等于 １ ９ ９ ４年提 出 ， 并于 ２ ０ ０ ４ 年被 Ｋ ｏ ｌ ｋ ｍ ａ ｎ等用 一 个 Ｐ Ｖ Ｄ Ｆ材料 制 造 的 双环 换 能器 实现 了聚 焦探测 光声 信号 。 ２ ２ 基于 多探元 超声 探测 方式 的层析 成像技 术
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。。 。
部 目标 组 织被 均 匀照 射 ， 所 激 发超 声信 号传 播 到 组织 表 面 的 时 候 用带 扫 描 机 制 的超 声 探测 器 或 者 超声 探 测 器 阵列 进 行 探 测 ， 直 接或 者 通过 特 定 的算 法进 行 图像 重构 。由于 样 品 内部 不 同深
图 ２ 法 布里 波 罗 薄膜 探测 法
２ ． ２ ． ２ 以法布 里 一波 罗 （ Ｆ ａ ｂ ｒ ｙ — Ｐ ｅ ｒ ｏ ｔ ， 简称 Ｆ Ｐ ）高 分子 薄膜 作 为探 测器 探测 光声 信 号 如图 ２ 所示 ， 其 原理 利用 Ｆ Ｐ薄膜前 后表 面镀 上 高反 射率 的
球 形和 圆柱 形 多元 超 声 探测 系 统 需要接 触 整个 目标样 品 的各个 方向 ， 因此 只 能被 限 制在 对 乳房 以及小 动物 （ 如 老 鼠 ）等体 积 较 小的 样 品进 行光 声 成 像 。而 平面 形扫 描 的 多元 超 声探 测 系 统 应 用 范 围更 广 ， 尤 其 在 浅表 层 （ 譬 如皮 肤 ） 的探 测 更 有 优 势 。 面 状 扫 描 的 光 声 成 像 方 式 有 很 多种 ， 其 中 比较 典 型 的 有 以 下
光 声成 像 技术 是 基 于光 声 效应 的一 种成 像 技 术 。当 物质 受
文章 编号 ：１ ６ ７ 卜７ ５ ９ ７（ ２ ０ １ ４ ）０ ５ － ０ ０ ０ ２ — ０ ２
到 探测 点 的距 离 作 一个 时 间延 时 ， 再 根据 信 号传 输 距 离及 探 测
到 短脉 冲 激光 或者 周 期 性 的强度 调 制 的光 照 时 ， 物 质 内部将 会
器 作 一幅 值权 重 ， 然 后 求和 便 可 得到 被测 点 的光 声 信 号 。 由于
无 须旋 转探 测 器 ， 从 而 极大 地 缩 短 了成像 时 间 ， 使 成像 时间 从
产 生周 期 的温 度变 化 ， 温 度变 化 使 这部 分物 质 及其 邻 近 介质 产 生 周期 性 的涨 缩 ， 从 而 产生 声信 号 ， 这 种声 信 号被 称 为 光 声信 号 。光声 成像技 术 具有 高分辨 率 、 高对 比度 、 高穿透深 度 的优 点 ， 主 要包 括 光声 内窥镜 、 光声 显微 成 像 、光声 层 析成 像 等 。本 文 阐述 了光声 层 析成 像 技 术的 原理 ， 并报 道基 于 单 聚焦 换 能器 扫
平 的光声成 像 。
Ｄｅｔ ｅｃ ｔ ｏｒ Ｐ Ａ ｓ ｉ ｇｎａ ｌ Ｄｅｌ ａ ｙ ｃ ｉ ｒ ｃ ｕｉ ｔ Ｓｉ ｇｎ ａｌ ｓ
１ ． ａ ｆ ｔ ｅ ｒｄｅ ｌ ａＹ
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１光声层析成像技术原理
光声层 析成 像技 术利 用大照 射面 积 的脉冲激 光作 为 照射源 ， 当激 光 照射 在 样 品时 ， 由于 样 品介 质 的散射 作 用 ， 使到样品内