光声成像及其应用
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的问题是需要解决多个采集卡之间的匹配问题；二是将采 集多次平均数据改为单次采样，这样产生的问题是所得测 量数据的信噪比降低，需要从弱信号中提取目标信号，因 此就涉及到数据处理方法的优化选择，较为常见的数据处 理方法有小波分析法和信号补偿法。再者，扫描系统硬件 方面已从常规的用步进电机控制超声换能器探头移动的扫 描方式改进为使用二维振镜使光源发生偏转进行成像，这 样在加快成像速度的同时也大大减小了因步进电机的运行 给系统带来的强噪声干扰，达到了一举两得的效果。
18
总结与展望
光声成像技术是一种新兴的、无损的光学技 术与超声技术相结合的检测技术，不论是在理 论研究还是在临床应用方面都将拥有广阔的前 景。光声成像技术的发展显示了它能对生物组 织内一定深度病灶组织的结构和生物化学信息 高分辨率、高对比度成像，而其他技术则暂不 具有这样的功能。
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从光声成像技术在生物医学领域应用的不断发 展可以了解到，光声成像技术将可能向多模式结合 方式发展，譬如光声与超声结合的双模式结构，以 及最新的光声与OCT（光学相干层析成像）相结合 的模式等等。光声成像技术还将向分子成像方面拓 展，在实验中使用外源性或内源性造影剂来有效增 强图像对比度，提高成像分辨率，使得所获取的光 声图像能够更清晰地显示生物组织的内部结构或肿 瘤的结构情况等。这些趋势为光声成像技术对生物 组织的形态结构、生理和病理特征、以及代谢功能 等的研究提供了有效的手段。
图1 利用光声显微技术对黑瘤病中黑色素的尺度、 分布以及周围血管增生情况进行成像
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肿瘤血管成像
在肿瘤的光动力治疗中血管损伤是肿瘤治疗的一条 重要途径。可以利用高分辨率的光声图像观测肿瘤治疗 过程血管的损伤情况。
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结构成像
光声成像技术可以实现类似超声成像技术达到的深层组织 成像 ,但是光声成像系统是一种新型的无损伤活体成像模式 ，它同时具备光学成像的高对比度特性和超声成像的高穿 透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。
脑成像
由于脑组织的光学吸收与血氧消耗以及脑生理状态等密切 相关, 光声成像可用于研究脑组织结构和脑功能。通过监控脑 血氧的动力学变化, 可以得到脑神经系统的动态信息和功能特 征信息, 在神经生理学和神经病理学中具有重要的应用前景。
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黑色素的检测以及皮肤黑色素瘤的成像
光声成像可提供黑色素瘤的大小、深度、血管 形成、血氧含量信息，这些指标是判断肿瘤的重要 信息.
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2.3 光声成像技术的进步
第一，探测光声信号的技术路线增多。例如： 利用聚合物光纤和马赫--曾德干涉仪实现环形光学 探测，提高了信号探测的效率；以单一脉冲激光作 为光源，采取平行探测方式实现三维光声成像。
第二，光声成像在提高成像速度方面取得了重 要进步。首先，脉冲激光光源的重复频率提高了， 加快了光声信号的产生过程，大大缩短了信号采集 的等待时间。其次，采集速率的提高节省了数据采 集时间，提高了成像速度。采集速率的提高主要有 两种方法：一是使用多个采集卡同时进行数据采集 ，提高硬件设备水平，提供足够的数据存储空间， 压缩信号采集的同步时间来实现快速采集，但引发
5
3、核磁共振成像（MRI) MRI技术是利用核磁共振原理，但是设备昂贵且具
有辐射。
6
4、超声成像 超声成像技术的成像深度虽然比光学成像方法深，
但其主要依赖与生物组织的声阻抗不匹配成像，而生 物组织体内某些肿瘤的声阻抗与正常软组织无明显差 异，从而限制了超声成像技术的使用范围。
7
2.2 光声成像技术的原理
3
2 光声成像技术的原理与进步
2.1传统的医学成像
1、X射线层析成像 X射线成像是根据生物组织的密度进行成像，因
此对某些情况如软组织的病变则无法判断。
4
2、光学相干层析成像（OCT） OCT成像是纯光学成像方法，由于人体许
多组织都是强散射或强吸收介质，而光在强散射 组织中的成像，只能达到1mm左右。
光声效应是生物医学光声成像技术的理论基础。所 谓光声效应是指当宽束短脉冲激光照射生物组织时，组 织内的吸收体(如肿瘤和血管等)吸收了光能量之后发生 局部的温升，促使组织发生热弹性膨胀，产生超声波的 过程； 光声成像技术是根据生物组织对光的吸收分布反演 组织结构的一种新兴的成像模式，它集合了纯光学成像 技术的高对比度以及纯超声成像技术的高分辨率、高穿 透深度等优点，非电离且能够对组织功能成像，该项技 术为临床医学提供了一种新颖的成像诊断方法。
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21
光声成像技术的最新进展
主讲：刘超梁、高蓉
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1 引言 2 光声成像技术的原理与பைடு நூலகம்步 3 光声成像技术的应用和展望
2
1 引言
医学成像对各种疾病的诊断和治疗具有 重要的意义。但传统的医学成像总有一些缺 点，因此，人们期待一种无损的、非电离的 、具有高穿透深度和高对比度的成像方式的 出现，光声成像技术就是在这样的背景下应 运而生。
小鼠脏器图
16
眼科成像
激光是目前治疗眼科疾病的较好选择， 光声成像能够对眼睛的虹膜、睫状体等无损 的成像，可以有效辅助医生进行眼科疾病的 诊断和治疗，因此，光声成像技术在眼科方 面具有广阔的应用前景
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光声成像的优点
(1)该技术采用非电离波段 ,而且成像过程中不改 变生物组织的属性 ,故是无创的检测手段; (2)产生的光声信号和组织的生理状态的关系较容 易界定; (3)有潜力与纯的超声或光学的成像技术相结合 , 可获得更多的诊断信息; (4)成像深度和成像分辨率可根据实际中医学应用 的需要进行调整.
第三，图像的分辨率得到了很大的改善。Lihong V.Wang小组通过物镜聚焦光束实现分辨率为2um的成像
10
使得成像分辨率从超声分辨水平发展到了光学分 辨水平，实现了图像分辨率的重大突破。
11
3 光声成像技术的应用和展望
光声成像在生物医学中的应用 光声成像的优点 总结与展望
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光声成像在生物医学中的应用
的问题是需要解决多个采集卡之间的匹配问题；二是将采 集多次平均数据改为单次采样，这样产生的问题是所得测 量数据的信噪比降低，需要从弱信号中提取目标信号，因 此就涉及到数据处理方法的优化选择，较为常见的数据处 理方法有小波分析法和信号补偿法。再者，扫描系统硬件 方面已从常规的用步进电机控制超声换能器探头移动的扫 描方式改进为使用二维振镜使光源发生偏转进行成像，这 样在加快成像速度的同时也大大减小了因步进电机的运行 给系统带来的强噪声干扰，达到了一举两得的效果。
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总结与展望
光声成像技术是一种新兴的、无损的光学技 术与超声技术相结合的检测技术，不论是在理 论研究还是在临床应用方面都将拥有广阔的前 景。光声成像技术的发展显示了它能对生物组 织内一定深度病灶组织的结构和生物化学信息 高分辨率、高对比度成像，而其他技术则暂不 具有这样的功能。
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从光声成像技术在生物医学领域应用的不断发 展可以了解到，光声成像技术将可能向多模式结合 方式发展，譬如光声与超声结合的双模式结构，以 及最新的光声与OCT（光学相干层析成像）相结合 的模式等等。光声成像技术还将向分子成像方面拓 展，在实验中使用外源性或内源性造影剂来有效增 强图像对比度，提高成像分辨率，使得所获取的光 声图像能够更清晰地显示生物组织的内部结构或肿 瘤的结构情况等。这些趋势为光声成像技术对生物 组织的形态结构、生理和病理特征、以及代谢功能 等的研究提供了有效的手段。
图1 利用光声显微技术对黑瘤病中黑色素的尺度、 分布以及周围血管增生情况进行成像
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肿瘤血管成像
在肿瘤的光动力治疗中血管损伤是肿瘤治疗的一条 重要途径。可以利用高分辨率的光声图像观测肿瘤治疗 过程血管的损伤情况。
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结构成像
光声成像技术可以实现类似超声成像技术达到的深层组织 成像 ,但是光声成像系统是一种新型的无损伤活体成像模式 ，它同时具备光学成像的高对比度特性和超声成像的高穿 透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。
脑成像
由于脑组织的光学吸收与血氧消耗以及脑生理状态等密切 相关, 光声成像可用于研究脑组织结构和脑功能。通过监控脑 血氧的动力学变化, 可以得到脑神经系统的动态信息和功能特 征信息, 在神经生理学和神经病理学中具有重要的应用前景。
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黑色素的检测以及皮肤黑色素瘤的成像
光声成像可提供黑色素瘤的大小、深度、血管 形成、血氧含量信息，这些指标是判断肿瘤的重要 信息.
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2.3 光声成像技术的进步
第一，探测光声信号的技术路线增多。例如： 利用聚合物光纤和马赫--曾德干涉仪实现环形光学 探测，提高了信号探测的效率；以单一脉冲激光作 为光源，采取平行探测方式实现三维光声成像。
第二，光声成像在提高成像速度方面取得了重 要进步。首先，脉冲激光光源的重复频率提高了， 加快了光声信号的产生过程，大大缩短了信号采集 的等待时间。其次，采集速率的提高节省了数据采 集时间，提高了成像速度。采集速率的提高主要有 两种方法：一是使用多个采集卡同时进行数据采集 ，提高硬件设备水平，提供足够的数据存储空间， 压缩信号采集的同步时间来实现快速采集，但引发
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3、核磁共振成像（MRI) MRI技术是利用核磁共振原理，但是设备昂贵且具
有辐射。
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4、超声成像 超声成像技术的成像深度虽然比光学成像方法深，
但其主要依赖与生物组织的声阻抗不匹配成像，而生 物组织体内某些肿瘤的声阻抗与正常软组织无明显差 异，从而限制了超声成像技术的使用范围。
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2.2 光声成像技术的原理
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2 光声成像技术的原理与进步
2.1传统的医学成像
1、X射线层析成像 X射线成像是根据生物组织的密度进行成像，因
此对某些情况如软组织的病变则无法判断。
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2、光学相干层析成像（OCT） OCT成像是纯光学成像方法，由于人体许
多组织都是强散射或强吸收介质，而光在强散射 组织中的成像，只能达到1mm左右。
光声效应是生物医学光声成像技术的理论基础。所 谓光声效应是指当宽束短脉冲激光照射生物组织时，组 织内的吸收体(如肿瘤和血管等)吸收了光能量之后发生 局部的温升，促使组织发生热弹性膨胀，产生超声波的 过程； 光声成像技术是根据生物组织对光的吸收分布反演 组织结构的一种新兴的成像模式，它集合了纯光学成像 技术的高对比度以及纯超声成像技术的高分辨率、高穿 透深度等优点，非电离且能够对组织功能成像，该项技 术为临床医学提供了一种新颖的成像诊断方法。
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光声成像技术的最新进展
主讲：刘超梁、高蓉
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1 引言 2 光声成像技术的原理与பைடு நூலகம்步 3 光声成像技术的应用和展望
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1 引言
医学成像对各种疾病的诊断和治疗具有 重要的意义。但传统的医学成像总有一些缺 点，因此，人们期待一种无损的、非电离的 、具有高穿透深度和高对比度的成像方式的 出现，光声成像技术就是在这样的背景下应 运而生。
小鼠脏器图
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眼科成像
激光是目前治疗眼科疾病的较好选择， 光声成像能够对眼睛的虹膜、睫状体等无损 的成像，可以有效辅助医生进行眼科疾病的 诊断和治疗，因此，光声成像技术在眼科方 面具有广阔的应用前景
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光声成像的优点
(1)该技术采用非电离波段 ,而且成像过程中不改 变生物组织的属性 ,故是无创的检测手段; (2)产生的光声信号和组织的生理状态的关系较容 易界定; (3)有潜力与纯的超声或光学的成像技术相结合 , 可获得更多的诊断信息; (4)成像深度和成像分辨率可根据实际中医学应用 的需要进行调整.
第三，图像的分辨率得到了很大的改善。Lihong V.Wang小组通过物镜聚焦光束实现分辨率为2um的成像
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使得成像分辨率从超声分辨水平发展到了光学分 辨水平，实现了图像分辨率的重大突破。
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3 光声成像技术的应用和展望
光声成像在生物医学中的应用 光声成像的优点 总结与展望
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光声成像在生物医学中的应用