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《基于光聲、熱聲技術(shù)的腦組織結(jié)構(gòu)及功能成像》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、中國科學(xué)G輯:物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)2007年第37卷增刊:101~109《中國科學(xué)》雜志社http://www.scichina.comSCIENCEINCHINAPRESS基于光聲、熱聲技術(shù)的腦組織結(jié)構(gòu)及功能成像*楊思華邢達向良忠(華南師范大學(xué)激光生命科學(xué)研究所暨激光生命科學(xué)教育部重點實驗室,廣東510631)摘要根據(jù)不同組織的光及微波吸收差異,利用光聲成像在體觀測了小鼠腦皮層血管的分布結(jié)構(gòu),對由外部針刺所致的腦損傷及腦皮層出血進行高分辨的成像,并利用血管光聲信號的強度反映血容量的變化,實現(xiàn)光聲腦缺血檢測.應(yīng)用熱聲成像對小鼠
2、腦部金屬異物進行定位檢測,結(jié)合光聲腦皮層血管損傷成像,實現(xiàn)快速異物定位及組織損傷檢測雙結(jié)合的功能成像.實驗結(jié)果表明光聲、熱聲成像既能顯示生物組織的形態(tài)結(jié)構(gòu),又能進行組織內(nèi)部異物的檢測,有望發(fā)展成為新型的腦功能成像技術(shù).關(guān)鍵詞光聲成像熱聲成像腦血管腦損傷腦缺血異物檢測純光學(xué)成像(熒光成像、光學(xué)散射成像和光學(xué)相干成像等)往往隨著光穿透組織深度的增加、光在組織中的強散射性造成其成像空間分辨率迅速下降,很難應(yīng)用于深層組織的醫(yī)學(xué)研究和疾病診斷.而臨床常用的超聲成像利用超聲輻照于人體,在體內(nèi)傳播過程中遇到聲阻抗變化的界面時發(fā)生反射,利
3、用反射回來的回波形成圖像,但對于早期病變部位其成像對比度很低.X射線技術(shù)是借助X射線通過人體時,各部分組織對X射線的吸收差異產(chǎn)生不同的陰影所形成的圖像,但采用對人體有害的射線作為內(nèi)部信息的載體進行成像,可能會導(dǎo)致癌變幾率的增加,嚴重限制了其應(yīng)用.核磁共振成像是研究以不同的射頻脈沖序列對組織激勵后,用線圈檢測技術(shù)獲得組織弛豫信息與質(zhì)子密度信息的成像技術(shù),它對人體無損傷,能實現(xiàn)功能成像,但設(shè)備成本造價高、使用及維護費用昂貴,無法實現(xiàn)小型化.因此,研究和發(fā)展一種低成本的、具有高對比度和高分辨率的無損醫(yī)學(xué)成像方法,是臨床醫(yī)學(xué)領(lǐng)域亟
4、待解決的問題.光聲、熱聲成像技術(shù)是分別以脈沖激光和脈沖微波作為成像激發(fā)源,基于生物組織內(nèi)部[1,2]光吸收差異和微波熱吸收差異,以超聲作為信息載體的非電離化的新興醫(yī)學(xué)成像方法.利用對人體無害的光或微波作為激勵源,真正實現(xiàn)無損的檢測成像.以超聲信號作為信息載體決定了它的產(chǎn)生和傳輸與組織散射特性都沒有直接關(guān)系,因此,其成像精度取決于超聲探測收稿日期:2007-05-20;接受日期:2007-08-28國家自然科學(xué)基金(批準號:60678050,30470494,30627003)和廣東省自然科學(xué)基金(批準號:015012)資助
5、項目*聯(lián)系人,E-mail:xingda@scnu.edu.cn102中國科學(xué)G輯物理學(xué)力學(xué)天文學(xué)第37卷器的特性和圖像重建算法并不受組織的強散射特性的影響.光聲成像有機地結(jié)合了純光學(xué)成像和純超聲成像的特性,用超聲探測器檢測超聲波代替光學(xué)成像中檢測散射光子,可提供深層組織的高分辨率和高對比度的組織斷層圖像,圖像的對比度真實地反映生物組織內(nèi)部的光吸收差異特性.相對于超聲成像,它能反映聲阻抗相同但光吸收特性不同的組織信息.而熱聲成像利用微波作為激發(fā)源,能進一步提高組織的成像深度,由于微波的吸收率直接與某些組織特性如離子電導(dǎo)率和
6、水分含量相關(guān),所以由熱聲信號就可以得到組織對電磁波吸收的信息,重建出電磁波吸收或熱聲壓力的分布.光聲、熱聲成像由于其完全非侵入性、無損性、非電離化輻射以及能提供組織中各種化學(xué)組分的功能信息,因此,光聲、熱聲成像目前已成為醫(yī)學(xué)成[3~6]像領(lǐng)域的研究熱點.生物組織的光或微波吸收特性與生物組織結(jié)構(gòu)功能和病理特征緊密相關(guān),通過測量組織的光吸收參數(shù)的變化和含水量差異的改變,光聲、熱聲成像能夠提供生物體生理狀態(tài)變化的信[7]息.Yamazaki等人采用后向探測對大鼠燒傷的皮膚進行了成像,可以根據(jù)重建的圖像來測量[8]獲得皮膚燒傷深度
7、.Wang等人采用側(cè)向探測對大鼠的腎臟進行成像,可以清晰地分辨腎臟[9][10]不同的組織層.Kolkman等人利用雙環(huán)探測器在體地測量了兔子耳朵的血管直徑.Xu等人利用微波激發(fā)熱聲成像,得到二維的猴子腦部組織的熱聲重建圖像.根據(jù)組織的吸收信息與生理參數(shù)的內(nèi)在聯(lián)系,建立光聲、熱聲信號強度與相應(yīng)的生理學(xué)參數(shù)的對應(yīng)關(guān)系,能夠定量推[11][12][13]譯出組織的血色素或葡萄糖的濃度,血氧飽和度等.這些實驗結(jié)果都大大促進了光聲、熱聲成像的臨床應(yīng)用發(fā)展.1光聲、熱聲成像原理及圖像重建算法當用脈沖激光或微波照射生物組織時,組織中吸
8、收體吸收電磁波能量引起溫升,溫升導(dǎo)致組織熱膨脹而產(chǎn)生壓力波(超聲波),這就是光聲或熱聲效應(yīng).光聲、熱聲波將穿過組織向外傳播,通過放置在吸收體周圍的超聲換能器去探測各個方向的光聲、熱聲壓,采用一定的投影算法進行圖像重建,就可得到組織的光或者微波吸收分布圖像,這就是光聲、熱聲成像的基本原理.光聲或熱聲效應(yīng)給
