光聲顯微成像的靈敏度提高研究.pdf

1、在血液循環(huán)系統(tǒng)中，介于微動脈和微靜脈之間的微循環(huán)系統(tǒng)，是物質交換的關鍵位置。在病理狀態(tài)下，微血管的結構和生理參數(shù)異常往往同時發(fā)生，對微循環(huán)系統(tǒng)結構和生理參數(shù)的同時監(jiān)測能夠全面表征病變的狀態(tài)，并揭示各種變異的因果關系，從而指導疾病的機理研究和早期診斷。近年來已有多種成像技術用于微血管成像，但這些技術尚存在一些弊端，比如只能獲取結構或生理的單一信息，或者分辨率與探測深度不足。光學分辨光聲成像系統(tǒng)通過對光束進行強聚焦，可以實現(xiàn)高分辨的結構成像

2、，結合高吸收對比度，光學分辨光聲成像非常適合用于微循環(huán)系統(tǒng)的活體三維多參數(shù)成像。為了提高光聲顯微成像系統(tǒng)的探測靈敏度，提高活體微血管多參數(shù)成像的能力，本文從系統(tǒng)研制和樣品制備的角度嘗試提高光聲成像系統(tǒng)的探測靈敏度，具體內容包括：
　　為了從系統(tǒng)實現(xiàn)的角度提高光聲信號的探測效率，本文研制了一套光學分辨光聲顯微成像系統(tǒng)。系統(tǒng)采用反射式全角度光聲探測模式，利用長工作距離物鏡聚焦光束從而實現(xiàn)高空間分辨率，利用高頻超聲探頭探測激發(fā)的光聲信號

3、。系統(tǒng)采用自制的光聲耦合裝置實現(xiàn)光聲共軸耦合，保證最大的激發(fā)探測效率。同時該耦合裝置能夠在反射入射聚焦光束的同時，使激發(fā)的光聲信號穿透耦合裝置并被探測，從而避免了光聲信號在反射過程中發(fā)生的波形轉換損失，提高了光聲信號的收集效率。通過理論分析和實驗測試證明：該系統(tǒng)可以有效提高光聲信號的探測靈敏度，保證活體實驗時激光的使用符合激光安全標準。
　　為了對系統(tǒng)的活體微血管成像能力進行研究和驗證，本文進一步對系統(tǒng)的性能進行了理論分析和全面評

4、估，并在此基礎上進行了活體微循環(huán)結構和血氧飽和度成像實驗。通過對碳納米顆粒成像，擬合出系統(tǒng)的側向分辨率約為4.4μm，軸向分辨率約為14.4μm。使用光聲成像常用物理模型測得系統(tǒng)能夠在1 mm的深度進行活體成像。系統(tǒng)每秒鐘采集1000條A線，微米量級視場下能夠實現(xiàn)10 Hz的B型掃描幀頻。通過二維掃描（C型掃描），系統(tǒng)能夠對小鼠耳朵和腦皮層的血管網(wǎng)絡進行清晰的成像，最小可分辨血管尺寸達到毛細血管量級。利用三個波長(576 nm/580

5、nm/584 nm)可以對血管網(wǎng)絡的血氧飽和度分布進行成像，證明了系統(tǒng)對血管結構和生理參數(shù)的活體三維成像能力。通過連續(xù)的一維掃描（B型掃描），系統(tǒng)監(jiān)測了去甲腎上腺素對腦皮層血管結構和生理參數(shù)的影響，證明了系統(tǒng)能夠捕捉快速的生理信號變化。
　　為了從樣品準備的角度提高光聲顯微成像的靈敏度和成像深度，本文研究了光透明技術對光聲顯微成像的促進作用。通過對皮膚光透明過程的光學和聲學參數(shù)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，光透明后的皮膚組織光穿透效率增加，激發(fā)的光聲