用遥感技术进行光声脂质成像
发布时间：2023-04-17 08:00:00 阅读数： 758
为了创建身体内部的图像，光声成像是一种利用光和声音的最先进技术。
光声遥感的机制。图片来源：Guyue Hu, PARS Mechanism，2023年
当脉冲激光照射在生物组织的表面时，部分光子能量被组织吸收，从而产生热量。热量的增加导致了组织的热弹性膨胀，从而以超声波的形式释放出能量。通过扫描样品和收集匹配的光声信号，科学家能够重建生物组织的二维或三维图像。
一般来说，超声波传感器收集光声信号。然而，由于声波在空气中会衰减，通常必须在组织样品和换能器之间添加超声波凝胶或水，以保证信号检测的灵敏度。
这种物理接触或浸泡可能会对生物样本产生相当大的影响，从而大大限制了传统光声成像在几个实际场景中的适用性。
相反，由于超声波传感器的材料和先天结构特性，其中心响应频率和检测带宽受到限制，这可能会降低系统关于宽带信号检测的灵敏度。考虑到这些限制，传统的光声成像需要更新，以便进行高质量的光声研究。
光声遥感成像被称为是一种新型的光声成像方式。与传统的借助于超声波传感器的声学检测不同，光声遥感利用另一束激光来检测声学信号。
特别是，再采用一个激光源作为探测光束，与激发光束共焦。当能量被样品吸收以产生初始压力时，样品表面的折射率会因弹性光学折射率的调制而发生变化。
通过跟踪探针光束的反射强度，可以检查出匹配的光声信号。对声学信号的全光检测消除了与样品的直接接触。
同时，作为光学传感的结果，检测带宽可能仅仅从有限的超声波换能器转移到一个广泛的光电二极管。这就提供了额外提高系统的信噪比和检测灵敏度的机会。
基于上述发现，香港大学的一个研究小组报告了近红外光声遥感显微镜用于脂质的非接触成像。
正如Advanced Photonics Nexus杂志所报道的那样，该小组的光声遥感显微镜利用一个1.7微米的掺铥光纤激光器作为泵浦光束，选择性地刺激脂类中的C-H键。
同时，另一个测量约1.5微米连续波（CW）的激光被用作检测光束，与泵浦光束共焦，以检测初始超声波压力。
超声波信号的光学检测消除了对超声波传感器的需求，实现了对光声信号的远程感应。这种技术提供了一个宽的检测带宽，并提高了系统的信噪比和检测灵敏度。
在他们的实验中，研究小组展示了使用光声遥感对两种类型的纯脂质样品的成像结果。他们还分析了信号的可比性功率谱密度。
与传统的传感器相比，光检测技术提供了一个更广泛的频率响应。此外，该团队在生物样品上进行了光声遥感成像，包括脑切片和线虫，这些样品表现出了出色的对比度和信噪比。这证明了该技术在组织范围内的高性能成像能力。
Wong补充说："超声波信号的光学检测提供了非接触操作和更广泛的频率响应。同时，光声遥感显微镜显示了在组织尺度上绘制脂质分布图的高性能"。
新开发的方法表明在一系列生物医学研究中具有巨大的应用潜力。
参考资料
Hu, G., et al. (2023) Noncontact photoacoustic lipid imaging by remote sensing on first overtone of the C-H bond. Advanced Photonics Nexus. doi.org/10.1117/1.APN.2.2.026011.
