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(dòng)脈和微靜脈之間的微循環(huán)系統(tǒng)，是物質(zhì)交換的關(guān)鍵位置。在病理狀態(tài)下，微血管的結(jié)構(gòu)和生理參數(shù)異常往往同時(shí)發(fā)生，對(duì)微循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和生理參數(shù)的同時(shí)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(guān)系，從而指導(dǎo)疾病的機(jī)理研究和早期診斷。近年來已有多種成像技術(shù)用于微血管成像，但這些技術(shù)尚存在一些弊端，比如只能獲取結(jié)構(gòu)或生理的單一信息，或者分辨率與探測深度不足。光學(xué)分辨光聲成像系統(tǒng)通過對(duì)光束進(jìn)行強(qiáng)聚焦，可以實(shí)現(xiàn)高分辨的結(jié)構(gòu)成像

2、，結(jié)合高吸收對(duì)比度，光學(xué)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(nèi)容包括：
　　為了從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的角度提高光聲信號(hào)的探測效率，本文研制了一套光學(xué)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(shí)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(hào)

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

4、估，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了活體微循環(huán)結(jié)構(gòu)和血氧飽和度成像實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)碳納米顆粒成像，擬合出系統(tǒng)的側(cè)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(jìn)行活體成像。系統(tǒng)每秒鐘采集1000條A線，微米量級(jí)視場下能夠?qū)崿F(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?qū)π∈蠖浜湍X皮層的血管網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行清晰的成像，最小可分辨血管尺寸達(dá)到毛細(xì)血管量級(jí)。利用三個(gè)波長(576 nm/580

5、nm/584 nm)可以對(duì)血管網(wǎng)絡(luò)的血氧飽和度分布進(jìn)行成像，證明了系統(tǒng)對(duì)血管結(jié)構(gòu)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(duì)腦皮層血管結(jié)構(gòu)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(hào)變化。
　　為了從樣品準(zhǔn)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(shù)對(duì)光聲顯微成像的促進(jìn)作用。通過對(duì)皮膚光透明過程的光學(xué)和聲學(xué)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