視網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，可以直接探測生物組織的光學吸收特性。生物組織內的血紅蛋白和黑色素等物質具有強烈的光學吸收特性，受激光輻照，可將光能轉化成熱能，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。
　　本文以光聲效應為基礎，開展了對視網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，脈沖激光重復頻率24 kHz；針對眼球的生理結構特點，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，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，實現了對視網膜的無創(chuàng)三維高分辨率成像，獲得

3、了視網膜血管、脈絡膜血管網絡及視網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。
　　結合多普勒效應，本文提出了基于時域相關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?；跁r域相關的光聲流速測量方法有望為臨床觀測視網膜血流提供新型手段。
　　鑒于眼底組織的復雜結構特征，本文提出了多模式視網膜成像方法。通過融合光致超聲，光學相干層析（Optical coherence tomography, OCT）和熒光成像（血管造影術和自發(fā)熒光）等多種技術，研制了多模式成像平臺。在體動物成像

5、實驗結果表明，多模式成像系統(tǒng)能夠提取視網膜組織的多重光學性質，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提供了視網膜-脈絡膜血管及視網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清晰展現了視網膜組織的精細層狀結構；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膜微血管網絡及眼底自發(fā)熒光的圖像。與單一模式成像技術相比，多模式成像平臺不僅可同時采集多幅視網膜組織圖像，而且各