传统的超声波成像技术在生物医学领域使用已有相当久的历史,具有非侵入式、穿透性深、且不具有放射性、基本不对人体产生损伤等优点,仪器造价也较低。它使用超声波探头激发机械波穿透待测物体,由于声波在密度不同的介质中传递时有声速的差异,因此,对于两种不同阻抗的介质,超声波会在其接口处产生背向散射。但是由于属于组织界面反射成像,当声波在软组织中传播时,若遇到声阻较为相近的介质,便无法分辨其差异。而且声波波长较长,导致超声图像的分辨率较低、对比度也较差。光学相干断层成像(OCT)技术是基于低相干光的干涉特性的成像技术,具有对人体无损伤、分辨率高、灵敏度高(即可实时成像)等优点。然而由于生物组织对光的吸收和散射,导致其穿透深度较浅,同时易受热及其他噪声干扰。
比较光学成像和超声成像这两种技术可发现两者具有很强的互补性,如果能将两者有机的结合在一起,将对医学诊断具有积极意义。从光声效应的过程可以看出,光声成像技术是通过探测外传的超声信号来反映组织光学吸收的差异,因此它能很好地结合光学成像和超声成像各自的优势。
光声成像是以脉冲光为光源激发,生物组织对光吸收的差异反映了组织代谢的差异和病变特征,光声图像反映的是光学吸收的差异,故继承了光学成像在功能性和灵敏性方面的优势。同时,光声成像探测的是外传的超声信号,故兼得了超声在成像深度和分辨率可兼顾的长处。所以光声成像技术结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性的优点,以超声探测器探测光声波替代光学成像中的光子检测,从原理上避开光学散射的影响,可以提供高对比度和高分辨率的组织影像,能实现对病灶组织的功能状况的高分辨率和高对比度的深度分辨。另外,光声成像技术还有以下优点:采用非电离波段,而且成像过程中不改变生物组织的属性,故是无创的检测手段;产生的光声信号和组织的生理状态的关系比较容易界定;能够与纯超声或光学成像技术相结合,可获得更多的诊断信息;可根据实际应用的需要对成像深度和成像分辨率进行调整。(www.xing528.com)
近年来,光声成像作为一种新型无损伤成像技术已经引起了人们的极大兴趣,但目前仍然处于实验室研究阶段,还没有达到临床应用的标准。国际上有数个研究组正在从事该领域的研究工作,具有代表性的研究单位有:英国Heriot-Watt大学的Mackerzie小组[7]、美国Texas大学声光光谱和成像实验室[8]、美国Texas A&M大学的Wang小组[9]、瑞士Bern大学[10]、俄罗斯莫斯科国立大学[11]等。国内华南师范大学邢达教授领导的课题组[12]和天津大学姚建铨院士领导的课题组[3][13]以及中科院深圳先进技术研究院[14]等也在从事此方面的研究工作。
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