大范圍多尺度光聲顯微成像方法研究.pdf

1、由微動脈、微靜脈和毛細(xì)血管組成的微循環(huán)系統(tǒng)，是血液與組織液進(jìn)行物質(zhì)交換的關(guān)鍵場所。微循環(huán)與眾多疾病的發(fā)生與治療密切相關(guān)，監(jiān)測微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)以及灌流狀態(tài)，對疾病的發(fā)生機(jī)理和早期診斷以及治療的療效評估都具有重要的指導(dǎo)意義。光聲顯微成像技術(shù)具有高對比度和多尺度的三維成像能力，能在表層組織中實現(xiàn)對毛細(xì)血管的高分辨成像，在較深層組織中以較高的分辨率識別微動脈和微靜脈，能夠?qū)崿F(xiàn)活體微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)的多尺度三維成像。然而光聲顯微成像系統(tǒng)存在的成

2、像分辨率與深度固定、掃描速度極慢以及景深有限等問題，限制了其對微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大范圍的體積成像。本文基于所在小組前期搭建的高靈敏度光學(xué)分辨光聲顯微成像系統(tǒng)這一研究平臺，對實現(xiàn)大范圍多尺度光聲顯微成像的方法進(jìn)行了研究，具體內(nèi)容包括：
　　為優(yōu)化深度方向超出光學(xué)軟極限的大范圍成像質(zhì)量，建立了分辨率連續(xù)可調(diào)的多尺度光聲顯微成像方法。該方法通過引入電控變焦透鏡和成像光纖束等新型光學(xué)成像器件，產(chǎn)生尺寸可調(diào)的激發(fā)光斑，實現(xiàn)了對微循環(huán)網(wǎng)絡(luò)的多尺度

3、成像。通過理論分析探討了方法的可行性，通過數(shù)值模擬預(yù)估了系統(tǒng)的成像性能與分辨率調(diào)節(jié)的線性性。利用掃描USAF1951分辨率鑒別板的靶邊對理論分析進(jìn)行了驗證，系統(tǒng)的橫向分辨率可在1μm至44.8μm內(nèi)線性連續(xù)可調(diào)。在1.9μm、8.0μm和41.2μm三個分辨率時對小鼠耳部血管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了成像，結(jié)果表明系統(tǒng)具有在體多尺度成像的能力。
　　為提高軸向掃描速度、掃描精度以及避免振動等問題，研制出快速變焦透鏡，實現(xiàn)了快速的光學(xué)軸向掃描。該快

4、速變焦透鏡主要由徑向極化壓電陶瓷圓管以及其內(nèi)的光學(xué)透明液體、電極、光學(xué)窗口和夾持件組成，在正弦射頻信號的驅(qū)動下屈光力隨時間快速連續(xù)變化，在脈沖光照明下實現(xiàn)快速變焦。本文制作并測試了該透鏡及其同步驅(qū)動電路。在455.5 kHz、5 Vpp的正弦信號驅(qū)動下，其最大屈光力能達(dá)到0.47 m-1，1 MHz驅(qū)動頻率、8 Vpp時的最大屈光力為2.53 m-1。
　　為進(jìn)一步提高光學(xué)分辨光聲顯微體積成像的速度，首次提出了反射式大景深的成像方