基于Labview的光声信号采集和成像系统

为了实现光声信号的快速采集和图像重建,采用基于Labview软件平台的光声信号采集和成像系统进行光声信号采集,并调用Matlab程序对采集到的数据进行处理,最后利用滤波反投影重建算法,实现了对模拟组织样品的光声层析成像。成像系统的分辨率为0.15mm,重建图像与实物十分吻合。实验表明,该系统具有快速、方便、直观等特点,有望发展成为一种低成本的实用的临床诊断仪器。     

血管内光声-超声-光学相干层析-光声弹性多模态成像方法及系统

识别动脉粥样硬化斑块的易损性是防治急性冠状动脉疾病的重要途径。纤维帽厚度、脂质核心大小、管腔狭窄程度和管腔的力学特性是评估斑块易损性的关键参数。然而,单一模态的血管内成像技术难以通过一次成像获取用于评估斑块易损性的全面信息。本团队通过复用光路和声路,将血管内超声成像（IVUS）和血管内光学相干层析成像（IVOCT）与血管内光声成像（IVPA）、光声弹性成像（IVPAE）有机结合到一起,开发了一种血管内光声-超声-光学相干层析-光声弹性四模态一体化成像探头及成像系统。该一体化成像探头的成像直径仅为0.97 mm,光学相干层析、光声、超声模态的横向分辨率分别为20.5、61.3、122.2μm,纵向分辨率分别为15.8、57.4、72.5μm。离体模拟样品和兔腹主动脉的在体成像实验验证了血管内四模态成像能够提供血管壁的宏观和微观结构信息,同时能够特异性识别脂质成分和反映脂质斑块的弹性力学信息。该一体化探头可一次性获取血管内斑块的多物理影像特性,有望为动脉粥样硬化斑块的深入理解和诊治提供新型的介入成像方法和工具。     

基于虚拟仪器的光声信号采集和成像系统

为了实现光声信号的快速采集和图像重建,采用基于虚拟仪器的光声信号采集和成像系统进行光声信号采集,由LABVIEW调用MATLAB程序对采集到的数据进行处理,最后利用滤波反投影重建算法,实现了对模拟组织样品的光声层析成像。成像系统的分辨率为0.15mm,重建图像与实物十分吻合。结果表明,该系统具有快速、方便、直观等特点,有望发展成为一种低成本的实用的临床诊断仪器。     

光声成像技术在生物医学中的研究进展

简要介绍了生物医学中的光声成像技术机理,总结报道了国内外几种典型的光声成像方法和光声图像重建算法的发展历程及其最新进展,指出该技术是一种很有应用前景的医学检测方法。     

光纤光声显微成像的噪声特性分析与信噪比提升研究

光纤光声成像技术利用光纤传感器来探测由激光脉冲在生物体内激发出的超声波,从而实现对目标组织成分的高对比度成像。光纤超声传感系统的噪声特性是成像信噪比的决定性因素之一,本研究团队详细分析了超声敏感元件——正交双频光纤激光器与光放大器、光电探测器及数据采集模块等各环节对噪声的贡献,同时分析了系统噪声、拍频信号功率和频率噪声与光功率(或者光电流)之间的关系。研究结果表明,通过光放大器提升注入光探测器的光功率能够显著提升光纤传感系统的信噪比,当注入光探测器的光功率达到10 mW以上时,拍频信号频率抖动的均方值可由74 kHz降低到44 kHz,在50 MHz带宽内提供的噪声等效声压由32.9 Pa降低到19.5 Pa,信噪比提升4.5 dB。进一步,本研究团队基于光纤超声传感器构造了光纤光声显微镜,并采用该显微镜对小鼠耳部血管进行活体成像,结果发现提升信号光功率能够显著增强图像的信噪比。     

生物医学影像中的光声成像技术

光声成像结合了光学成像的高对比度和超声成像的深穿透性优势,能够利用内源性、外源性造影剂对比显示组织的结构、功能、代谢特征和分子、动力学信息等,同时可以实现从细胞器、细胞、组织到器官的多尺度成像,在生物医学研究中发挥着越来越重要的作用。简要回顾了光声成像的基本原理,重点总结了光声计算断层成像(PACT)、光声显微成像(PAM)、光声内窥成像(PAE)和光声分子成像近年来的研究热点及技术进展,主要涉及成像探测方式的选择与改进、低成本激发光源的替代方案、图像重建算法的进步、系统成像速度和分辨率的提高以及分子探针的新兴设计策略等,最后展望了光声成像的应用前景。     

光声皮肤成像技术研究进展

皮肤疾病是一种较为常见的人类疾病,其检测与诊断十分重要。传统的检测方法因医师主观影响和皮肤创伤问题不利于对皮肤病作出准确高效的判断,故皮肤成像技术逐渐被用于辅助诊断。光声成像技术作为一种新兴的成像方式,结合了光学成像的高对比度和超声成像的深穿透优势,逐渐被人们所关注。本文针对光声皮肤成像技术进行了回顾与总结,按照成像方式对光声皮肤成像系统进行了分类与归纳,从重构算法提升角度总结了现有的性能提升方法与策略。此外,按照皮肤病类别探讨了当前光声皮肤成像技术的临床应用,验证了光声皮肤成像技术的发展前景与潜力。最后针对现有方法的缺点与限制,对未来光声皮肤成像技术的发展方向和关键环节进行了设想与讨论。     

基于多波长激发的光声组分成像

将线性回归理论应用到光声(PA)图像的分析过程中,构建了多波长组分浓度分布算法,并用计算机模拟和生物组织样品实验来证明该算法能够使PA图像反映更多的生物组织信息。实验中,同一个样品多次成像,只改变激发光波长,其他参数保持不变。实验结果表明,单一波长的PA图像反映的信息与混合物组成成分在该波长处吸收强弱相吻合,当混合物各个组分的吸收差异比较大时,单一波长PA图像不能充分反映混合物中每种组分的分布信息;在此基础上,对不同波长下获得的PA图像用组分浓度分布算法处理之后,图像中各个成分分布的信息明显改善,与实际样品吻合较好。     

长焦区光声成像系统中的信号补偿

信号衰减问题在许多领域都备受关注,在光声成像系统中各种原因引起的信号衰减同样在很大程度上影响了系统的成像质量以及成像深度。从组织光学、声传输与接收等方面讨论了长焦区光声成像系统中引起信号衰减的因素及其特点,并在此基础上提出相应的补偿策略。补偿策略考虑到光声形成与传输过程中的光衰减与声衰减两方面因素对光声信号的影响,实现了从光与声两方面对检测信号综合补偿。信号补偿实验分别从模拟样品补偿成像与离体甲状腺成像展开。实验结果表明,补偿策略能够较好地对光声信号进行补偿,从而提高了系统的成像深度及成像质量。     

光声分子影像

光声分子影像是近期发展起来的新型无创在体影像技术。该技术结合了光声层析成像和分子影像,具有成像深度深、分辨率高和特异性强的优点。光声分子影像已经被广泛用于活体动物实验中,在对一些恶性肿瘤和炎症的检测中获得了令人振奋的结果。重点介绍了光声分子影像的机制和研究现状,并对其应用前景进行展望。     

基于光声光谱法的光纤气体传感器研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号 ,讨论了光纤中光波的相位变化与光声信号的关系。设计了光学长程结构 ,有效增加了对光功率的吸收。用染料激光器作光源对SO2气体浓度进行测量。实验表明 ,最低检测灵敏度可达 1 2× 10 -10 。由于采用光谱技术与光纤技术相结合 ,使研制的传感器具有较高的灵敏度 ,信号的传输通道具有强的抗电磁干扰及防燃防爆能力。气体探头体积小 ,响应速度较快。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求     

激光光声光谱法检测磷化氢气体浓度的研究

论述了光声光谱信号的产生。提出用光纤相位传感器代替传统的微音器检测光声信号。用CO_2激光器作光源对磷化氢(PH_3)气体浓度进行测量。实验表明,最低检测灵敏度可达1.2×10~(-10)。信号处理电路具有较强的抑制噪声干扰能力。该传感器及其系统在灵敏度、精度、响应时间等性能指标上达到了检测气体含量要求。     

基于多通道并行采集的光声成像系统

设计了一套基于多通道并行采集的快速光声成像系统,包括超声探测器、多通道并行采集系统、短脉冲激光器、计算机组成的硬件平台,并开发了配套的上位机软件来控制系统的采集和实时成像。多通道并行采集系统包括前端模拟放大、抗混叠滤波、模数(A/D)转换、数据存储器、现场可编程门阵列(FPGA)控制和通用串行总线(USB)传输等部分,它实现了64路信号的全并行采集和数字化处理。模拟样品实验结果表明,采用多个位置的旋转扫描成像能够极大地提高图像的信噪比。因此,采用高重复频率的激光器作为激发源及多个探测器的全并行采集,有望发展成为一种实时的生物组织无损成像系统,为临床医学的无损伤检测提供了新的方法。     

生物组织的光声成像技术及其在生物医学中的应用

简要介绍了光声成像技术的基本原理,采集系统和成像算法.重点阐述了光声成像技术在肿瘤的早期检测和疗效监测,脑成像和脑功能监测以及临床血管监测等生物医学领域的应用.对光声成像技术应用前景进行了展望.     

用于皮肤影像诊断的光学成像方法

皮肤影像学是利用现代成像技术手段对皮肤病进行无创、原位、动态、实时诊断的一门新兴技术学科。在过去十几年里作为医学影像学分支的皮肤影像学取得了长足的进步,包括皮肤镜等多种光学成像技术已经被广泛应用于临床疾病诊断。主要介绍了皮肤镜、皮肤共聚焦、多光子成像、光学相干层析成像以及光声成像等技术在皮肤影像学中的发展和应用。这5种技术能够实现原位、在体、实时的皮肤成像,可对可疑部位进行重复检查,并能不同程度地实现皮下组织的无损成像,为临床诊断提供了客观的评价依据。不断发展的皮肤影像学,与皮肤组织病理学相互促进、相互补充,势必将带动现代皮肤病学的飞跃发展。     

全光式石英增强光声光谱系统光纤法珀解调技术研究

基于光纤法珀工作点稳定技术提出了一种适用于全光式石英增强型光声光谱(QEPAS)探测技术的光纤法珀解调系统。利用可调谐光纤激光器作为探测光源,采用法珀干涉光强的直流信号作为误差反馈信号,将工作点锁定在正交相位点上,提高光纤法珀系统的稳定性,从而提高了光声信号探测的准确性。将其应用于全光式石英增强型光声光谱气体探测系统,并在开放环境中完成了对水蒸气的探测实验,得到其归一化噪声等效吸收系数为1.81×10-7W(cm·Hz)。实验结果表明,相比于一般的全光式石英增强型光声光谱系统,该方法的探测灵敏度提高了1.2倍。