光聲傳感-成像系統(tǒng)搭建及信號增強(qiáng)問題研究.pdf

1、光聲成像（Photoacoustic Imaging，PAI）是近年來興起的一種典型的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，其結(jié)合了純光學(xué)成像的高對比度和超聲成像探測深度好的優(yōu)點(diǎn)，與計算機(jī)斷層掃描成像（Computed Tomography，CT）、核磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）、正電子發(fā)射斷層成像（Positron Emission Tomography，PET）、超聲成像（Ultrasound Imagin

2、g，UI）、光學(xué)相干斷層掃描成像（Optical Coherence Tomography, OCT）等傳統(tǒng)生物成像技術(shù)相比，具有非侵入、非電離、高穿透和低成本的特性，能夠獲得較高質(zhì)量的分子影像效果。光聲成像技術(shù)源于光聲效應(yīng)，即當(dāng)周期性電磁波照射生物組織時，組織中的內(nèi)源性吸收體（如血紅蛋白、黑色素）吸收光能產(chǎn)生熱彈效應(yīng)，并向外釋放超聲波，然后利用組織周圍的探測裝置（超聲換能器）接收超聲信號，并將其轉(zhuǎn)化成電信號最終重建獲得圖像。由光聲信號

3、的產(chǎn)生機(jī)制可知生物組織吸收光而產(chǎn)生的光能量沉積導(dǎo)致了光聲信號的產(chǎn)生，因此光源質(zhì)量以及生物組織對激發(fā)光的吸收強(qiáng)弱直接影響了光聲信號的質(zhì)量。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴總結(jié)了光聲成像技術(shù)的研究意義。針對成像方式、性能及效果的分析，有目的地對國內(nèi)外光聲成像技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行了介紹。⑵對光聲成像的理論基礎(chǔ)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和總結(jié)，具體內(nèi)容包括：介紹了生物組織的光聲效應(yīng)機(jī)理和光聲信號的產(chǎn)生機(jī)制。總結(jié)出影響光聲信號質(zhì)量的主要因素有激發(fā)光源、超聲

4、換能器、組織對光的吸收等。在此基礎(chǔ)上搭建了光聲斷層掃描成像系統(tǒng)，并從系統(tǒng)硬件和軟件兩方面對其進(jìn)行詳細(xì)的介紹。⑶設(shè)計了整形光路提高激發(fā)光源質(zhì)量（光斑均勻性、激光能量強(qiáng)度）并研究其對所激發(fā)的光聲信號質(zhì)量的影響；研究了超聲換能器的特性參數(shù)（中心頻率、掃描步長以及掃描半徑）與所接收對應(yīng)頻帶光聲信號的匹配度以及對信號傳輸和轉(zhuǎn)化的穩(wěn)定性的影響。⑷制備了氧化鐵基納米材料，基于其良好的光吸收特性，討論其作為光聲造影劑的可能性。對氧化鐵基納米材料進(jìn)行了體