基于声梯度折射率镜的快速轴向扫描光声显微成像系统-Britton Chance 生物医学光子学研究中心 | Britton Chance Center for Biomedical Photonics




研究进展

新闻类别:研究进展
2017-05-29

基于声梯度折射率镜的快速轴向扫描光声显微成像系统

新近出现的光声显微成像技术是一种新型的、无损医学成像技术,它有机结合了纯光学成像的高对比度和纯超声成像的高分辨率优点。光声成像技术已经广泛应用于生物研究中,例如脉管系统的结构成像、脑结构与功能的成像、肿瘤探测等。考虑到横向分辨率,光声显微成像系统可分为光学分辨光声显微成像系统(OR-PAM)和声学光声显微成像系统(AR-PAM).在AR-PAM中,由于聚焦在样品上的光为弱聚焦,光斑尺寸较大,系统的横向分辨率取决于焦点较小的声焦点。相反,光学分辨光声显微成像系统中,由于入射光为强聚焦,光斑尺寸通常能达到几个微米,远大于声焦点。通常光学分辨光声显微成像系统中,入射光需要通过较大数值孔径的聚光镜来聚焦,这会导致成像系统的成像景深(DoF)很小。小的成像景深使系统进行快速三维成像或者深度动态信息的获取变得困难。

武汉光电国家实验室骆清铭团队的杨孝全副教授、博士生宋贤林和硕士生魏剑霜, 将声梯度折射率镜(TAG)集成到光声显微成像系统中,实现了系统的光焦点深度位置随着B型扫描的每一步周期性的变化,最终一套横向分辨率为3.3 μm,景深为750 μm的快速轴向扫描系统研制成功。对一个月大的AB型斑马鱼头部进行成像显示,该套系统能够对表面不平整具有一定深度的生物样品进行高分辨、轴向大视野成像。声梯度折射率镜(TAG)的引入拓展了系统的使用范畴。

2017年3月22日,该研究成果以论文“Fast axial-scanning photoacoustic microscopy using tunable acoustic gradient lens” 发表在Optics Express (Vol. 25, No. 7, pp. 7349-7357, 2017)。该研究得到国家创新研究群体科学基金(61421064)、国家自然科学基金(91442201)以及武汉光电国家实验室主任基金的资助。

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上图即为系统对斑马鱼头部成像的结果。图中(a)为集成了TAG的系统因具备更大的成像景深,更多来自深度的细节能被清晰的观测到。而未使用TAG的系统,因其有限的成像景深,只有部分结构信息能够分辨出,如(b)所示。