定量光声断层成像的光学成分，其中光学参数是由激光脉冲加热和膨胀生物组织产生的初始压力估计的，是审查的重点。下图:模拟光声数据(图片由N. Hänninen提供)。资料来源:《生物医学光学杂志》(2023)。[Doi: 10.1117/1.jbo.29.s1.s11509]定量光声断层扫描(QPAT)是一种结合激光诱导光声信号和超声检测来创建生物组织详细三维图像的医学成像技术。这个过程包括用短激光脉冲照射生物组织。这些脉冲被组织内的光吸收分子(发色团)吸收，导致快速加热并产生超声波或声信号。由此产生的声压分布随时间被测量和记录，形成用于重建三维组织图像的光声时间序列。在光声断层扫描中，激光脉冲分散在更广泛的组织区域，而不是集中在一个特定的区域。为了产生最终的组织图像，从测量的光声时间序列中估计组织的光学特性是至关重要的。

东芬兰大学的Tanja Tarvainen和伦敦大学学院的Ben Cox在《生物医学光学杂志》(JBO)上发表的一篇综述中讨论了QPAT的光学部分或图像生成方面。“我们的研究集中在光学部分的数学上，”Tarvainen说。“它调查了目前对两个相关问题的思考:用数学方法描述光传播及其与生物组织的相互作用的最佳方式是什么?”有了光声测量，原则上，我们能了解组织的光学特性，或者确切地说，相关的和更多临床相关的特性，如血氧?"

本文首先介绍了描述光和声在生物组织中传播的常用数学模型，特别是辐射传递方程(RTE)及其近似。这些方程描述了光在介质中的运动，考虑了它的吸收、散射和发射。在QPAT中，RTE作为一个模型来理解光如何与生物组织相互作用，假设在弹性碰撞过程中光子的能量恒定，并且介质的折射率恒定。然后介绍了将组织吸收的光能与初始声压分布联系起来的粗糙尼森参数。同时强调了声波在生物组织中的传播方程。

接下来，研究人员讨论了光声反问题，该问题涉及估计生物组织中吸收光的分子的浓度。QPAT中存在两个逆问题。在声学反问题中，声压分布由测量的光声时间序列确定。

然而，本文的重点是光学逆问题，其中光学参数的分布是由吸收的光能密度估计。求解逆问题对于获得临床重要参数的准确估计非常重要，例如作为血氧饱和度指标的氧合血红蛋白和脱氧血红蛋白浓度。

作者概述了QPAT中光学反问题的两种方法:从吸收的光能密度数据直接估计发色团浓度，以及涉及吸收系数恢复的两阶段过程，然后进行光谱反演以计算浓度。

最后，本文讨论了与QPAT的实际实施相关的挑战。这些问题包括解决光散射的影响，考虑组织对光能吸收的变化(影响效应)，需要密集的计算方法，以及用作模型输入的参数的不确定性，如gr neisen参数。Tarvainen说:“尽管QPAT是一种很有前途的方法，可以提供生理相关参数的高分辨率3D图像，但在该技术发展成为标准的临床或临床前工具之前，仍有许多基于计算建模的挑战需要解决。”QPAT在非侵入性医学成像和诊断方面有着重要的前景。本综述讨论的主题可以指导制定策略，以提高QPAT在现实场景中的准确性和可靠性。