高精度光声光谱定量成像系统的设计与应用

冠状动脉内斑块的破损是引起急性心血管事件的主要原因。而对于斑块易损性的诊断,不仅需要掌握其形态特性,斑块的组成成分（尤其是脂质）、及其浓度的空间分布也是非常关键的信息。针对该需求,研发一套高精度的光声光谱成像系统,可以用于斑块成分的识别、分离、浓度定量分析,并在空间成像。与以往的研究相比,该系统通过透射式光声共焦的设计,大幅提高了系统信噪比,保证了光声光谱数据的精度;并且通过先光谱扫描,再移动样品的成像方式,保证了光声光谱与其空间来源对应关系的一致性;而结合多元曲线分辨的光谱解析算法,实现了样本中各成分的光谱分离和定量解析。对仿体和动物模型的试验,验证了本系统可以对脂质浓度的空间分布进行高效和高精度的成像。该系统的研发和试验,展示了光声成像技术应用于临床的极大潜力。     

基于负折射率声透镜的亚波长分辨率光声实时成像方法

基于负折射率材料的信号处理技术为光声图像的研究提供了新的思路。光声成像是一种全新的非破坏性生物光子技术,是一种基于生物组织内光吸收差异的成像方法。然而,当前的光声成像方法主要依靠传感器扫描工作,而传感器阵列有其固有的缺点,导致实时性较差,因此,普通的光声成像方式具有一定的局限性。但是,利用具有负折射率的声透镜特性(如聚焦、滤波、定向等)构成的成像方式可以解决普通光声成像中的这些局限性问题。本文在对负折射率声透镜的负质量响应和负折射率成像进行优势分析后,提出了利用声透镜改变当前扫描成像的方法。模拟分析实验结果表明,所设计的声透镜直接成像方案达到了预期效果,透镜成像后像点的声压分布与吸收体原始的声压分布基本一致。此外,0.6倍波长的实验图像结果说明本文实现了亚波长的光声成像效果。     

高精度光声成像技术在脑成像中应用

光声成像技术可以提供深层组织的高分辨率和高对比度的组织断层图像,是进行脑成像的有力潜在工具之一。本文开展此项研究,搭建一套光声成像实验系统,在此基础上,获得10mm的混浊介质深度下的血管模拟样品图像,直径0.07mm的模拟血管能清晰地成像;活体研究中,成功进行活体白鼠脑部的血管分布的成像研究,重建图像中的各血管位置和形状与实际情况很好的吻合。     

光声血流速度测量方法及研究进展

光声成像因其独特的成像原理,兼顾了功能性和分辨率,对诊断和处理心血管疾病具有十分重要的意义。通过对光声血流速度测量进行综述,系统介绍了光声多普勒、光声显微成像和光声相关谱三个原理下的血流速度测量原理及具体应用,以期对此领域的研究人员的研究提供参考。     

基于LabVIEW的高分辨光声显微成像系统设计

基于图形化编程语言的虚拟仪器开发软件LabVIEW,设计一套高分辨光声显微成像系统,实现步进电机运动扫描,数据采集、转移和存储,图像实时重建显示等多功能协调工作。使用该系统进行了小鼠活体耳部血管成像实验,其微血管脉络得到完整呈现。结果证明,该系统成像性能稳定,可操作性强,对于其他生物医学成像系统的构建具有广泛的参考价值。     

光声成像及其在生物研究中的应用

作为新型的活体检测设备,商业化的光声成像装置走向市场。本文综述光声成像装置的原理、基本构成、系统集成及发展趋势,尤其关注其在生物领域的应用。     

基于压缩感知的多角度观测光声成像方法

在光声成像过程中,由于各种限制因素,往往只能完成有限角度的信号采集.采集到的不完备的信号会在图像重构过程中产生伪迹现象,丢失细节信息.基于光声图像的稀疏特性,提出了基于压缩感知的光声成像算法.该方法通过2个单阵元超声探测器成角度采集光声信号,然后基于压缩感知重构算法进行光声图像重建并进行融合处理.仿真证明采用多个角度观测,选用合适的探头分布角度和测量矩阵可以有效弥补远场成像分辨率和减少测量次数,消除光声图像的伪迹现象,最终实现以较少的数据量和较简单的硬件设备实现高分辨率光声成像.     

光声成像反射伪影的机理分析和控制

在光声成像中,重建图像经常会受到图像伪影的影响而降低图像质量.为了解决图像伪影的问题,从超声波在水中的传播特性出发,分析了光声图像中伪影的产生机理.分析表明:伪影的产生是由超声信号在水面的反射延迟造成的.进而提出了通过延迟相减来控制反射伪影的方法,并给出了在实际应用中控制水面高度的依据.通过构建的光声成像平台进行实验验证,结果表明:提出的方法能有效地消除重建图像中的伪影,提高了重建图像的质量.     

光声内窥成像技术与仪器系统

光声成像兼具光学高对比度与声学高穿透特性,且无电离辐射,是一种极具医学应用潜力的新型成像模式。光声内窥成像技术是光声成像技术与内窥技术的结合,用于腔道内组织的检测方法。本文对光声内窥成像技术与仪器系统进行综述,重点阐述光声内窥技术在血管内、消化道、及泌尿道病变检测中的应用研究进展,并对光声内窥成像若干前沿热点-合成孔径光声内窥成像技术、多模态光声内窥成像技术、光声内窥分子成像进行简要介绍。     

一种联合光声与激光散斑的多模态成像系统研究

多模态成像技术是近年生物医学成像领域的研究方向之一,它能够结合不同模式的成像,解决单一成像模式的不足。论文设计并搭建了一套基于光声成像与激光散斑成像的多模态成像系统,通过对头发光声成像和对血流样品激光散斑成像的模拟实验,验证了系统的可行性,测得光声成像分辨率为40 μm,激光散斑成像血流速度分辨率为0.2 mm/s。通过在体实验实现了对小鼠耳朵血管损伤的连续7天检测,分析血管损伤和修复情况。该系统有效的结合了高分辨率光声成像技术与激光散斑血流成像技术,对新型的多模态光声成像系统研究具有重要意义。     

基于血管内超声图像自动识别易损斑块

为克服手工判别动脉粥样硬化易损斑块耗时耗力、主观性强、重复性差等缺点,研究了基于血管内超声自动识别易损斑块的方法.首先将Contourlet变换与Snake模型相结合进行斑块的图像分割,提取内腔轮廓与外弹力膜.接着实现经典形态特征的计算机自动提取,并提取纹理、弹性两类新特征以量化斑块属性,其中纹理特征包括一阶统计量和灰...     

基于全变分法重建光声图像

针对光声成像在实际应用中涉及的采样数据不足,提出了一种基于全变分法的光声图像重建方法。通过计算重建图像的模拟信号与实际信号的残差来更新图像,进行迭代以获取重建图像。在迭代重建的过程中引入压缩传感理论中的全变分法,通过梯度下降法得到全变分最小的图像。通过数值仿真,模拟了在不足采样情况下的图像重建。结果表明,全变分重建法的重建效果比滤波反投影法、反卷积重建算法及代数重建算法等3种方法更好。在30个采样点的情况下,重建图像的峰值信噪比值比上述3种算法的重建结果分别高出30.98,22.09和8.35 dB。另外,仿体实验结果也表明该方法能更有效地避免噪声的干扰。     

MTEC100型光声池在FTIR—PAS中的应用

ＭＴＥＣ－１００型光声池是一新型高灵敏度固体光声池。本文介绍了该光声池的设计特点，使用方法和提高检测灵敏敏度的技术。将该光声池与Ｐｅｒｋｉｎ－Ｅｌｍｅｒ１８００型傅里叶变换红外光谱仪联用，作了高聚合物结构分析，表面深度分析和吸附物研究。     

注入电流式磁声成像的实验研究

磁声成像技术结合了超声成像和电阻抗成像的优点,是一种高分辨率、高对比度的新型无损功能性医学成像技术,能够实现对人体疾病的早期诊断.本文对注入电流式磁声成像方法进行实验研究,建立了注入电流式磁声成像实验装置,以金属铜环作为目标,将其置于静磁场中并加载脉冲电流,对磁声耦合作用下产生的声信号进行检测和分析.利用所检测到的声信号重建铜环模型的声源分布图像,重建的声源分布图像能够反映成像样品的电导率分布.所进行的研究证明,注入式磁声成像能够获取被成像样品的电导率分布特征,研究结果为该方法用于复杂电导率分布模型成像以及以后真实组织成像的研究奠定了基础.     

用于植物光合作用研究的光声光谱仪

研制了一台用于光合作用研究的光声光谱仪.对于一般直径为10mm的活体叶片样品,在平均光强为50μmol·m~(-2)·s~(-1)的412Hz调制光激发下,光声池的信号输出不小0.1μV.整机在设计波段(400～800nm)范围内具有相当好的归一化性能.在412Hz高频测定中,只要光声信号强度不超过40μV,光声信号强度与调制激发光强度之间有很好的线性关系,低频情况下线性关系也极为理想.仪器的特点是能兼做光声光谱波长扫描测定和光合放氧测定,可用于活体叶片无损性深度剖面分析和植物光合作用理论及环境生理等领域的研究.     

光声光谱气体探测器的新发展

首先回顾了光声光谱仪的历史。接着介绍了光声光谱气体探测器的工作原理,讨论了近十年来出现的新颖的光源、微音器及光声池这三个光声系统中的主要器件,详尽介绍了其优缺点及适用范围。最后探讨了气体光声光谱探测系统的发展趋势。     

基于反射光和透射光成像的图像识别方法比较

论文以废旧电子元器件分类识别为应用背景,针对图像目标的边缘提取方法开展研究,分析了获得目标图像时分别采用反射光和透射光两种成像方法在成像原理和技术实现上的不同,并通过比较两种成像方法对于相同的目标物和边缘提取算法得到的不同试验结果,最终选择了透射光成像技术作为废旧电子元器件识别的成像方法。     

光声光谱法及其应用

本文介绍了光声光谱法的原理,光声光谱仪的结构,以及光声光谱在气体分析、液体分析、固体分析、生物样品分析以及发光量子效率测量方面的应用。     

光声光谱信号的检测与处理

针对微型光声光谱气体检测实验中背景噪声严重,微音器信号无法被准确提取的问题,借助计算机及其声卡设计了PAS传感器信号检测系统.首先,分析实验中锁相放大技术的基本原理,提出利用虚拟仪器技术实现光声信号检测的方法;通过分析实验中可虚拟化的仪器原理,最终利用LabVIEW开发出自动检测系统,实现了硬件仪器软件化,有效减少实验中硬件噪声源的存在,采样频率192 kHz,采样位数24 Bit,存储深度极大.结果与结论:结果表明它能从5 mV的噪声中提取0.1 mV的光声信号,误差为0.9%,能够很好的应用于光声试验中,满足稳定可靠、精度高、抗干扰能力强等实验要求.     

基于负折射率声透镜的亚波长分辨率光声实时成像方法（英文）

基于负折射率材料的信号处理技术为光声图像的研究提供了新的思路。光声成像是一种全新的非破坏性生物光子技术,是一种基于生物组织内光吸收差异的成像方法。然而,当前的光声成像方法主要依靠传感器扫描工作,而传感器阵列有其固有的缺点,导致实时性较差,因此,普通的光声成像方式具有一定的局限性。但是,利用具有负折射率的声透镜特性(如聚焦、滤波、定向等)构成的成像方式可以解决普通光声成像中的这些局限性问题。本文在对负折射率声透镜的负质量响应和负折射率成像进行优势分析后,提出了利用声透镜改变当前扫描成像的方法。模拟分析实验结果表明,所设计的声透镜直接成像方案达到了预期效果,透镜成像后像点的声压分布与吸收体原始的声压分布基本一致。此外,0.6倍波长的实验图像结果说明本文实现了亚波长的光声成像效果。