人体组织中的光声成像模拟研究

兰慧，邹然，胡锦欣

（1.江汉大学人工智能学院，湖北武汉 430056；2.Advanced Optowave Corporation，New York 11779）

0 引言

光声成像是利用生物组织内的光学吸收差异，以超声波为介质的一种新型无损生物光成像方法［1-3］。其基本原理是当脉冲激光辐照到生物组织中时，一部分光能被组织吸收并转化为热能，从而在该区域引起热弹性膨胀，并产生兆赫兹级别的宽带超声波信号，即为光声信号。由于生物组织样品中不同物质对光的吸收系数谱线各不相同，故通过分析该光声信号，可以重建组织内光吸收分布的图像或者研究组织中的某些特征信息。光声成像技术作为一种混合成像方式，将光学成像和超声成像的优点相结合，具有较强的光学对比度和较高的分辨率，使其成为乳腺肿瘤成像［4］、血管生成监测［5］、前哨淋巴结（sentinel lymph node，SLN）图谱［6］、泌尿系统膀胱成像［7］、血红蛋白浓度监测［8］等方面的理想工具。

光声成像方式与其他纯光学成像方式，如断层扫描、双光子显微镜、共聚焦显微镜或拉曼成像不同的是，由于生物样品对光的强散射作用，纯光学成像方式很难突破1 mm的成像深度，而声的散射系数通常比光要弱两到三个数量级，所以，光声成像可以实现几毫米甚至几厘米的成像深度。光声信号的强度反映出生物组织样品对光的吸收能力。对一个给定的生物样品，其光声信号的幅值主要由入射激光的能量密度、波长以及该波长激光下组织对光的吸收系数决定。通常来说，使用短波长脉冲激光可以获得良好的空间分辨率和对比度，但激光对组织的穿透深度有限；……