张建辉等:光声显微成像技术的研究进展 激发光 换能器 换能 换能器 NA:0.1) 锥透镜 超声探测 超声探测 校正透镜 聚焦透镜 (NA:12 光焦点 声焦点 声透镜 硅油层 声焦点 (a) OR-PAM聚焦方式 (b) AR-PAM聚焦方式(a)透射式 OR-PAM()反射式 OR-PAM(c)暗场照明 AR-PAM (a) F mode of Focusing mode of (a)Transmission-mode (b)Reflection-mode (c)AR-PAM system with a OR-P OR-PAM system dark-field illumination 1PAM聚焦方式对比 图2常见PAM形式可 Fig.I Comparison of focusing modes of PAM Fig2 Representative implementations of PAMI 3mm,属于AR-PAM,如图3(a)所示。 2008年,该课题组在 AR-PAM基础上通过 可调激光}□激光器 光学强聚焦的方式开发出第1代OR 光电二极管 PAM,其光声耦合方式如图3(b)实线框 放大器 中所示,光声耦合棱镜由两个直角石英棱 水槽 镜组成,其间填充与石英光学折射率接近 反射镜 载物台 但声阻抗相差较大的硅酮油,用作透光反 N[电皮表 加热垫 声,超声信号由侧面放置的换能器完成探10m 焦点组织」环形光照 测。虽然该系统分辨率达到5μm,成像深 (a)AR-PAM系统 (a)AR-PAM system 度大于0.7mm,实现了小鼠微血管的活体 成像,但是系统灵敏度依然不高,究其原因 光路系统 激光器 反射镜 是超声波的反射使大部分纵波转换为横 物镜白PD 波,而换能器对横波探测灵敏度较低。因匚扫描控制 此,该课题组的Hu等对光声耦合棱镜进 校正透镜 行了重新设计,如图3(b)虚线框所示,将其 数据采集 菱形棱钐 中一个直角棱镜替换成菱形棱镜,使超声 在空气-玻璃界面重新由横波转换为纵波, 水 相比第1代系统,成像灵敏度提高了约 (b) OR-PAM系统 b)OR-PAM system 184dB。 图3Wang课题组早期设计的PAM系统图 2新型PAM技术的研究进展 Fig 3 Early design of PAM system diagram of Wangs research PAM技术凭借高性能的空间分辨率和 特有的高光学对比度受到越来越多生物医学研究者的青睐,经过十余年的发展,在国内外众多研究小 组的共同努力下,PAM技术已经在探测灵敏度、成像分辨率和成像速度等方面取得了长足进步。为了 解决传统电机机械扫描方式成像速度受限的冋题,各种新型扫描方法的PAM相继冋世;为了使系统形 式更加紧凑、便携,小型化的手持式PAM系统成为了另一热门研究方向。下文将重点介绍新型PAM 扫描方法和手持式PAM系统的研究进展。 2.1新型PAM扫描方法 成像速度的提升对高动态、时间敏感的生物学现象研究至关重要,如何在不牺牲成像灵敏度和成张建辉 等：光声显微成像技术的研究进展 3 mm，属 于 AR ‐ PAM，如 图 3（a）所 示 。 2008 年，该课题组在 AR‐PAM 基础上通过 光 学 强 聚 焦 的 方 式 开 发 出 第 1 代 OR ‐ PAM[7] ，其光声耦合方式如图 3（b）实线框 中所示，光声耦合棱镜由两个直角石英棱 镜组成，其间填充与石英光学折射率接近 但声阻抗相差较大的硅酮油，用作透光反 声，超声信号由侧面放置的换能器完成探 测。虽然该系统分辨率达到 5 μm，成像深 度大于 0.7 mm，实现了小鼠微血管的活体 成像，但是系统灵敏度依然不高，究其原因 是 超 声 波 的 反 射 使 大 部 分 纵 波 转 换 为 横 波，而换能器对横波探测灵敏度较低。因 此，该课题组的 Hu 等[8] 对光声耦合棱镜进 行了重新设计，如图 3（b）虚线框所示，将其 中一个直角棱镜替换成菱形棱镜，使超声 在空气‐玻璃界面重新由横波转换为纵波， 相 比 第 1 代 系 统 ，成 像 灵 敏 度 提 高 了 约 18.4 dB。 2 新型 PAM 技术的研究进展 PAM 技术凭借高性能的空间分辨率和 特有的高光学对比度受到越来越多生物医学研究者的青睐，经过十余年的发展，在国内外众多研究小 组的共同努力下，PAM 技术已经在探测灵敏度、成像分辨率和成像速度等方面取得了长足进步。为了 解决传统电机机械扫描方式成像速度受限的问题，各种新型扫描方法的 PAM 相继问世；为了使系统形 式更加紧凑、便携，小型化的手持式 PAM 系统成为了另一热门研究方向。下文将重点介绍新型 PAM 扫描方法和手持式 PAM 系统的研究进展。 2. 1 新型 PAM 扫描方法 成像速度的提升对高动态、时间敏感的生物学现象研究至关重要，如何在不牺牲成像灵敏度和成 图 1 PAM 聚焦方式对比 Fig.1 Comparison of focusing modes of PAM 图 2 常见 PAM 形式[5] Fig.2 Representative implementations of PAM[5] 图 3 Wang 课题组早期设计的 PAM 系统图[6‐7] Fig.3 Early design of PAM system diagram of Wang’s research group[6‐7] 773