光声成像技术
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在外科手术和医学诊断中 ,成像技术无处不在 ,目前广 泛使用的成像技术有 : X线成像技术 、X线计算机体层成像 技术 (CT) 、放射性核素成像技术 、磁共振成像技术 、超声成 像技术 、光学相干体层成像技术 (OCT) 。前 3种技术对人体 都有一定的损伤 ,设备造价昂贵 ;磁共振成像技术对人体无 损伤 ,但同样存在设备造价高的缺点 ;超声成像技术基本不 对人体产生损伤 ,仪器造价也较低 ,但由于是组织界面反射 成像 ,人体组织中各种软组织的声阻抗差别很大 ,且声波波 长长 ,导致分辨率较低 、对比度也较差 ; OCT是基于低相干光 的干涉特性的成像技术 ,具有对人体无损伤 、分辨率高等特 点 [5 ] ,越来越受到人们的重视 。然而 ,由于生物组织对光的 强散射和吸收 ,目前 OCT对组织的成像只能达到 2～3 mm。 光声体层成像技术结合了光学成像和声学成像的优点 ,与光 相比 ,超声波在组织中有更深的传播距离 。所以 ,光声体层
作者单位 : 天津大学精仪学院光电一室 (天津市 , 300072) 作者简介 : 宋智源 (1980～ ) ,男 ,天津市人 ,在读硕士研究生 ,主要从事光声成像方面的研究 。
·127·
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
成像可以实现类似超声成像技术达到的深层组织成像 ;光声 体层成像是以组织的光学吸收系数为基础的 ,所以又能得到 类似光学相干体层成像技术的分辨率 ,同时又避免了光学成 像中散斑的影响 。
虽然光声成像结合了光学成像和声学成像的优点 ,但目 前光声成像还处在实验室研究阶段 ,仅可对小动物的组织进 行成像 。光声信号的探测有 3种类型 :前向探测 ,超声探测器 和光源在组织的异侧 ;后向探测 ,探测器和光源在组织的同 侧 ;侧向探测 ,探测器到吸收体的方向与光源传输方向垂直 。
Beard等 [6 ]采用前向探测的光声成像 ,用法 2珀干涉仪作 为信号的采集系统对组织模拟液中的物体进行了成像 ,穿透 深度可以 达 到 1 cm , 图 像 的 分 辨 率 在 100 μm。M agdalena 等 [7 ]采用后向探测 ,对手指甲进行了成像 ,可以清晰地分辨 出指甲的各层组织 ,同时他们还对模拟液中大鼠的腹部血管 进行了成像 ,成像的深度可以达到 5 mm。 Yamazaki等 [8 ]采 用后向探测对大鼠烧伤的皮肤进行了成像 ,可以根据重建的 图像来区分不同程度的烧伤 ,对于皮肤烧伤的治疗有积极的 意义 。W ang等 [9 ]采用侧向探测对大鼠的肾脏进行成像 ,可 以清晰地分辨肾脏不同的组织层 。同时他们还对大鼠的脑 部进行了成像 [10 ] ,能够清楚地分辨距离头骨以下不同深度 的血管 ,实现组织的体层成像 ,同时还可以分辨出破损的血 管 [ 11 ] 。
[ 8 ] Yamazaki M , Sato S, Saito D. Photoacoustic diagnosis of burns in rats: two2dimensional photoacoustic imaging of burned tissue[ J ]. Proc SP IE, 2003, 4960: 7213.
早在 1880 年 , Bell[1 ]首先在固体中观察到光声转换现 象 ,并在给美国科学进展协会的报告中描述了有关的实验结 果 ,称这种光声转换的物理现象为光声效应 。光声谱技术就 是在物质的光声效应基础上发展起来的 。经过 100 多年的 发展 ,光声谱技术在医学中的应用越来越广泛 ,显示出其优 越性和强大的生命力 。
光声谱技术的原理是当一束光照射到生物组织上以后 , 生物组织吸收光能量而产生热膨胀 ,伴随着热膨胀会产生超 声波 ,吸收光能量的多少决定了产生的超声波的强度 。于是 不同的组织就会产生不同强度的超声波 ,可以用来区分正常 组织和病变组织 。正是由于这一特点 ,光声谱技术在医学中 有着广泛的应用前景 。
[ 13 ] Anderrv VG, Ponomaryov AE, Henrichs PM , et al. De2 tection of p rostate cancer w ith op toacoustic tomography: feasibility and modeling [ J ]. Proc SP IE, 2003, 4960: 45257.
光声谱技术的最大优点就是试样不用经过预处理就直 接可以进行光声信号相位与幅度的测量 ,不仅操作简单而且 能够保持生物试样的自然形态 ,可以进行活体检测 。光声谱 技术的应用非常广泛 ,其中以医学中的应用最为重要 ,比如 无创血氧 测 量 [2 ] 、癌 症 的 早 期 诊 断 [3 ] 和 白 血 病 的 早 期 诊 断 [4 ]等 。在光声谱技术的医学应用中 ,光声体层成像技术占 有最重要的地位 。
[ 11 ] W ang XD , Pang YJ, Ku G, et al. Noninvasive laser2in2 duced photoacoustic tomography for structural and func2 tional in vivo imaging of the brain[ J ]. Nature B iotechnol, 2003, 21: 8032806.
[ 3 ] 周篪声 ,郭周义 ,吴宏越. 癌变组织的光声谱研究 [ J ]. 光谱学与光谱分析 , 1995, 15: 35238.
[ 4 ] 殷庆瑞 ,王通 ,钱梦騄. 光声光热技术及其应用 [M ]. 北 京 :科学出版社 , 1996. 3272330.
[ 5 ] 李长政 ,顾瑛. 光学相干断层成像技术 [ J ]. 中国激光 医学杂志 , 2004, 13: 1172118.
中国激光医学杂志 2006年 4月第 15卷 第 2期 Chin J Laser M ed Surg, Ap ril 2006, Vol 15, No12
光源采用脉冲激光器 ,体积比较庞大 ,设备昂贵 ,另外图像效 果还达不到其他成像技术的水平 ,尤其是深层组织的成像受 组织的吸收影响比较严重 。但光声成像还是有其自身的优 点 ,可以克服组织强烈的散射所带来的影响 。
可以预计在不久的将来 ,光声体层成像技术将成为常规 的检测手段 ,与现有的医学检测手段相互补充 ,不仅能够在 医学领域中应用 ,而且还能够在其他领域中得到拓展 ,例如 动物实验 ,必将在医学成像的发展中起到重要作用 。
参 考 文 献
[ 1 ] Bell AG. On the p roduction and rep roduction of sound by light[ J ]. Am J Sci, 1880, 20: 3052306.
[ 6 ] Beard PC, M ills TN. 2D line2scan photoacoustic imaging of absorbers in a scattering tissue phantom [ J ]. Proc SP IE, 2001, 4256: 34242.
[ 7 ] M agdalena CP, Kolkman RGM. Photoacoustic imaging of blood perfusion in tissue and phantom s [ J ]. Proc SP IE, 2001, 4256: 28233.
绿宝石激光治疗颧部褐青色痣 54例
·短篇报道 ·
吕蓉 潘福琼
我科应用绿宝石 ( alexandrite)激光治疗颧部褐青色痣 54 例 ,效果良好 ,报告如下 。
资料与方法
11临床资料 颧部褐青色痣患者 54例 ,均为女性 。年 龄 26～48岁 , 20～30岁年龄组 44例 ( 7518% ) ;平均年龄 32 岁 。临床表现为对称分布于双侧颞 、颧 、下睑部的圆形 ,散 在 ,不融合的灰青色斑点 ,中央有正常皮肤 ,不伴有眼及口腔 黏膜色素沉着 ,病变部位和三叉神经支配区域无关 。
[ 2 ] Esenaliev RO. Photoacoustic technique for noninvasive mo2 nitoring of blood oxygenation: a feasibility study [ J ]. App Op tics, 2002, 41: 472224731.
中国激光医学杂志 2006年 4月第 15卷 第 2期 Chin J Laser M ed Surg, Ap ril 2006, Vol 15, No12
光声成像技术
·综述 ·
宋智源 刘英杰 王瑞康 姚建铨 苏翼雄 张帆
中图分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ号 : R44519 文献标识码 : A 文章编号 : 1003 - 9430 (2006) 02 - 0127 - 02
[ 14 ] Esenaliev RO , Karabutov AA , O raevsky AA. Sensitivity of laser op to2acoustic imaging in detection of small deep ly embedded tumors[ J ]. IEEE J Selected Top ics Quantum Electron, 1999, 5: 9812988. (收稿日期 : 2005201215)
[ 9 ] W ang XD , Pang YJ, W ang VLH , et a l. Laser2induced photo2acoustic tomography for small animals [ J ]. Proc SP IE, 2003, 4960: 40244.
[ 10 ] W ang XD , Pang YJ, Ku G. Three2dimensional laser2in2 duced photoacoustic tomography of mouse brain w ith the skin and skull intact[ J ]. Op tics Lett, 2003, 28: 17392 1741.
另外 ,光声成像技术在癌变组织的成像 ,肿瘤的探测方 面的相关研究工作也在开展 ,比如乳癌的检测 [12 ] 、前列腺癌 的检测 [13 ]等 。尤其是在小块肿瘤的探测上与传统的成像检 测相比较有一定的优势 [14 ] 。
光声体层成像的最大优点就是分辨率和图像对比度的 发展空间很大 ,特别是当组织的不同部分吸收系数和散射系 数差别很大的时候 ,就能够取得更理想的效果 。特别是组织 中的血红蛋白的吸收特性和散射特性都很好 ,所以光声成像 对血管的成像效果特别好 ,无论是对血管系统疾病的直接诊 断 ,还是对血管周围的病变组织进行成像 ,都有很好的效果 。 但是目前的光声成像系统还存在着一些不足 。比如 ,一般的
[ 12 ] Kruger RA , M iller KD , Reynolds HE, et al. B reast canc2 er in vivo: contrast enhancement w ith thermoacoustic CT at 434 MHz2feasibility study [ J ]. Radiology, 2000, 216: 2792283.
21方法 治疗前洗净患者面部尘垢及皮脂 ,一般不需麻 醉 ,少数患者采用 Elma软膏局部封包 1 h。 alexandrite激光 治疗波长 755 nm ,脉宽 50 ns,光斑直径 3 mm ,能量密度 6 ～ 8 J / cm2 ,光斑垂直于病灶 (圆形的灰青色斑点 )非重叠脉冲 照射 ,以治疗区呈灰白色或灰褐色为宜 。术后外涂金霉素眼 膏每日 1次直至脱痂 。2次治疗间隔时间 3个月以上 。
作者单位 : 天津大学精仪学院光电一室 (天津市 , 300072) 作者简介 : 宋智源 (1980～ ) ,男 ,天津市人 ,在读硕士研究生 ,主要从事光声成像方面的研究 。
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© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
成像可以实现类似超声成像技术达到的深层组织成像 ;光声 体层成像是以组织的光学吸收系数为基础的 ,所以又能得到 类似光学相干体层成像技术的分辨率 ,同时又避免了光学成 像中散斑的影响 。
虽然光声成像结合了光学成像和声学成像的优点 ,但目 前光声成像还处在实验室研究阶段 ,仅可对小动物的组织进 行成像 。光声信号的探测有 3种类型 :前向探测 ,超声探测器 和光源在组织的异侧 ;后向探测 ,探测器和光源在组织的同 侧 ;侧向探测 ,探测器到吸收体的方向与光源传输方向垂直 。
Beard等 [6 ]采用前向探测的光声成像 ,用法 2珀干涉仪作 为信号的采集系统对组织模拟液中的物体进行了成像 ,穿透 深度可以 达 到 1 cm , 图 像 的 分 辨 率 在 100 μm。M agdalena 等 [7 ]采用后向探测 ,对手指甲进行了成像 ,可以清晰地分辨 出指甲的各层组织 ,同时他们还对模拟液中大鼠的腹部血管 进行了成像 ,成像的深度可以达到 5 mm。 Yamazaki等 [8 ]采 用后向探测对大鼠烧伤的皮肤进行了成像 ,可以根据重建的 图像来区分不同程度的烧伤 ,对于皮肤烧伤的治疗有积极的 意义 。W ang等 [9 ]采用侧向探测对大鼠的肾脏进行成像 ,可 以清晰地分辨肾脏不同的组织层 。同时他们还对大鼠的脑 部进行了成像 [10 ] ,能够清楚地分辨距离头骨以下不同深度 的血管 ,实现组织的体层成像 ,同时还可以分辨出破损的血 管 [ 11 ] 。
[ 8 ] Yamazaki M , Sato S, Saito D. Photoacoustic diagnosis of burns in rats: two2dimensional photoacoustic imaging of burned tissue[ J ]. Proc SP IE, 2003, 4960: 7213.
早在 1880 年 , Bell[1 ]首先在固体中观察到光声转换现 象 ,并在给美国科学进展协会的报告中描述了有关的实验结 果 ,称这种光声转换的物理现象为光声效应 。光声谱技术就 是在物质的光声效应基础上发展起来的 。经过 100 多年的 发展 ,光声谱技术在医学中的应用越来越广泛 ,显示出其优 越性和强大的生命力 。
光声谱技术的原理是当一束光照射到生物组织上以后 , 生物组织吸收光能量而产生热膨胀 ,伴随着热膨胀会产生超 声波 ,吸收光能量的多少决定了产生的超声波的强度 。于是 不同的组织就会产生不同强度的超声波 ,可以用来区分正常 组织和病变组织 。正是由于这一特点 ,光声谱技术在医学中 有着广泛的应用前景 。
[ 13 ] Anderrv VG, Ponomaryov AE, Henrichs PM , et al. De2 tection of p rostate cancer w ith op toacoustic tomography: feasibility and modeling [ J ]. Proc SP IE, 2003, 4960: 45257.
光声谱技术的最大优点就是试样不用经过预处理就直 接可以进行光声信号相位与幅度的测量 ,不仅操作简单而且 能够保持生物试样的自然形态 ,可以进行活体检测 。光声谱 技术的应用非常广泛 ,其中以医学中的应用最为重要 ,比如 无创血氧 测 量 [2 ] 、癌 症 的 早 期 诊 断 [3 ] 和 白 血 病 的 早 期 诊 断 [4 ]等 。在光声谱技术的医学应用中 ,光声体层成像技术占 有最重要的地位 。
[ 11 ] W ang XD , Pang YJ, Ku G, et al. Noninvasive laser2in2 duced photoacoustic tomography for structural and func2 tional in vivo imaging of the brain[ J ]. Nature B iotechnol, 2003, 21: 8032806.
[ 3 ] 周篪声 ,郭周义 ,吴宏越. 癌变组织的光声谱研究 [ J ]. 光谱学与光谱分析 , 1995, 15: 35238.
[ 4 ] 殷庆瑞 ,王通 ,钱梦騄. 光声光热技术及其应用 [M ]. 北 京 :科学出版社 , 1996. 3272330.
[ 5 ] 李长政 ,顾瑛. 光学相干断层成像技术 [ J ]. 中国激光 医学杂志 , 2004, 13: 1172118.
中国激光医学杂志 2006年 4月第 15卷 第 2期 Chin J Laser M ed Surg, Ap ril 2006, Vol 15, No12
光源采用脉冲激光器 ,体积比较庞大 ,设备昂贵 ,另外图像效 果还达不到其他成像技术的水平 ,尤其是深层组织的成像受 组织的吸收影响比较严重 。但光声成像还是有其自身的优 点 ,可以克服组织强烈的散射所带来的影响 。
可以预计在不久的将来 ,光声体层成像技术将成为常规 的检测手段 ,与现有的医学检测手段相互补充 ,不仅能够在 医学领域中应用 ,而且还能够在其他领域中得到拓展 ,例如 动物实验 ,必将在医学成像的发展中起到重要作用 。
参 考 文 献
[ 1 ] Bell AG. On the p roduction and rep roduction of sound by light[ J ]. Am J Sci, 1880, 20: 3052306.
[ 6 ] Beard PC, M ills TN. 2D line2scan photoacoustic imaging of absorbers in a scattering tissue phantom [ J ]. Proc SP IE, 2001, 4256: 34242.
[ 7 ] M agdalena CP, Kolkman RGM. Photoacoustic imaging of blood perfusion in tissue and phantom s [ J ]. Proc SP IE, 2001, 4256: 28233.
绿宝石激光治疗颧部褐青色痣 54例
·短篇报道 ·
吕蓉 潘福琼
我科应用绿宝石 ( alexandrite)激光治疗颧部褐青色痣 54 例 ,效果良好 ,报告如下 。
资料与方法
11临床资料 颧部褐青色痣患者 54例 ,均为女性 。年 龄 26～48岁 , 20～30岁年龄组 44例 ( 7518% ) ;平均年龄 32 岁 。临床表现为对称分布于双侧颞 、颧 、下睑部的圆形 ,散 在 ,不融合的灰青色斑点 ,中央有正常皮肤 ,不伴有眼及口腔 黏膜色素沉着 ,病变部位和三叉神经支配区域无关 。
[ 2 ] Esenaliev RO. Photoacoustic technique for noninvasive mo2 nitoring of blood oxygenation: a feasibility study [ J ]. App Op tics, 2002, 41: 472224731.
中国激光医学杂志 2006年 4月第 15卷 第 2期 Chin J Laser M ed Surg, Ap ril 2006, Vol 15, No12
光声成像技术
·综述 ·
宋智源 刘英杰 王瑞康 姚建铨 苏翼雄 张帆
中图分ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ号 : R44519 文献标识码 : A 文章编号 : 1003 - 9430 (2006) 02 - 0127 - 02
[ 14 ] Esenaliev RO , Karabutov AA , O raevsky AA. Sensitivity of laser op to2acoustic imaging in detection of small deep ly embedded tumors[ J ]. IEEE J Selected Top ics Quantum Electron, 1999, 5: 9812988. (收稿日期 : 2005201215)
[ 9 ] W ang XD , Pang YJ, W ang VLH , et a l. Laser2induced photo2acoustic tomography for small animals [ J ]. Proc SP IE, 2003, 4960: 40244.
[ 10 ] W ang XD , Pang YJ, Ku G. Three2dimensional laser2in2 duced photoacoustic tomography of mouse brain w ith the skin and skull intact[ J ]. Op tics Lett, 2003, 28: 17392 1741.
另外 ,光声成像技术在癌变组织的成像 ,肿瘤的探测方 面的相关研究工作也在开展 ,比如乳癌的检测 [12 ] 、前列腺癌 的检测 [13 ]等 。尤其是在小块肿瘤的探测上与传统的成像检 测相比较有一定的优势 [14 ] 。
光声体层成像的最大优点就是分辨率和图像对比度的 发展空间很大 ,特别是当组织的不同部分吸收系数和散射系 数差别很大的时候 ,就能够取得更理想的效果 。特别是组织 中的血红蛋白的吸收特性和散射特性都很好 ,所以光声成像 对血管的成像效果特别好 ,无论是对血管系统疾病的直接诊 断 ,还是对血管周围的病变组织进行成像 ,都有很好的效果 。 但是目前的光声成像系统还存在着一些不足 。比如 ,一般的
[ 12 ] Kruger RA , M iller KD , Reynolds HE, et al. B reast canc2 er in vivo: contrast enhancement w ith thermoacoustic CT at 434 MHz2feasibility study [ J ]. Radiology, 2000, 216: 2792283.
21方法 治疗前洗净患者面部尘垢及皮脂 ,一般不需麻 醉 ,少数患者采用 Elma软膏局部封包 1 h。 alexandrite激光 治疗波长 755 nm ,脉宽 50 ns,光斑直径 3 mm ,能量密度 6 ～ 8 J / cm2 ,光斑垂直于病灶 (圆形的灰青色斑点 )非重叠脉冲 照射 ,以治疗区呈灰白色或灰褐色为宜 。术后外涂金霉素眼 膏每日 1次直至脱痂 。2次治疗间隔时间 3个月以上 。