視網(wǎng)膜組織光學吸收特性的光致超聲成像研究.pdf

1、光致超聲成像是一項蓬勃發(fā)展技術(shù)，可以直接探測生物組織的光學吸收特性。生物組織內(nèi)的血紅蛋白和黑色素等物質(zhì)具有強烈的光學吸收特性，受激光輻照，可將光能轉(zhuǎn)化成熱能，引起局部壓力上升，釋放寬帶超聲波。通過探測超聲信號，光聲成像可以重建組織光學吸收特性的分布圖像。它結(jié)合了光學激發(fā)和聲學探測，兼具光學成像的高對比度和聲學成像的高空間分辨率。
　　本文以光聲效應(yīng)為基礎(chǔ)，開展了對視網(wǎng)膜組織光學吸收特性的成像研究。通過分析組織對激光的吸收及散射作用

2、，確定了成像激發(fā)光的波長為532nm，脈沖寬度為2 ns，激光單脈沖能量60 nJ，脈沖激光重復(fù)頻率24 kHz；針對眼球的生理結(jié)構(gòu)特點，引入二維振鏡對眼底組織進行高速激光掃描，并采用非聚焦超聲換能器探測光聲信號。以此為基礎(chǔ)，研制了光致超聲眼科成像系統(tǒng)（Photoacoustic ophthalmoscopy, PAOM），橫向及縱向分辨率均達到20μm。PAOM通過探測眼底組織的光學吸收特性，實現(xiàn)了對視網(wǎng)膜的無創(chuàng)三維高分辨率成像，獲得

3、了視網(wǎng)膜血管、脈絡(luò)膜血管網(wǎng)絡(luò)及視網(wǎng)膜色素上皮層黑色素的分布圖像，單幅圖像采集時間僅為2.7秒。
　　結(jié)合多普勒效應(yīng)，本文提出了基于時域相關(guān)的光聲流速測量方法。首先，記錄流體各處位置的光聲信號到達超聲換能器的距離，計算了流線與探測器軸線的夾角，即多普勒角。其次，通過提取相鄰光聲信號到達換能器的時間間隔，判斷流體速度的大小及方向。血流仿體實驗結(jié)果表明，該方法可以快速準確地測量流速大小，并判斷流體運動方向，其測量范圍可達到3.6 mm/

4、s-124.2 mm/s。而且，這一方法能同時獲取血管形態(tài)圖像和血流速度信息，并能夠描繪血流在血管橫截面的速度分布圖像。基于時域相關(guān)的光聲流速測量方法有望為臨床觀測視網(wǎng)膜血流提供新型手段。
　　鑒于眼底組織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)特征，本文提出了多模式視網(wǎng)膜成像方法。通過融合光致超聲，光學相干層析（Optical coherence tomography, OCT）和熒光成像（血管造影術(shù)和自發(fā)熒光）等多種技術(shù)，研制了多模式成像平臺。在體動物成像

5、實驗結(jié)果表明，多模式成像系統(tǒng)能夠提取視網(wǎng)膜組織的多重光學性質(zhì)，包括光學吸收、光學散射及熒光發(fā)射?；谘t蛋白和黑色素的強光學吸收特性，PAOM提供了視網(wǎng)膜-脈絡(luò)膜血管及視網(wǎng)膜色素上皮層的三維光聲圖像；通過探測眼底組織的背向散射光子，OCT清晰展現(xiàn)了視網(wǎng)膜組織的精細層狀結(jié)構(gòu)；采集造影劑及熒光蛋白的受激熒光信號，熒光成像獲得了視網(wǎng)膜微血管網(wǎng)絡(luò)及眼底自發(fā)熒光的圖像。與單一模式成像技術(shù)相比，多模式成像平臺不僅可同時采集多幅視網(wǎng)膜組織圖像，而且各