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光学与声学技术结合的新型医学无损伤层析影像方法的研究

姚勇  
【摘要】: 光学层析技术,它是一种新型的无损检测方法,不但探测精度高(分辨率可达到微米量级),而且有可能实现功能成像,对于癌变组织的早期发现和诊断具有重要的意义。但由于目前技术的局限性,难以作到对深层组织的高分辨率成像,还不能满足临床应用的要求。 用聚焦超声调制的光学层析方法被认为是很有应用前景的一个光层析成像领域,即用聚焦超声场标记散射光子,并从这些光子中提取该处介质的信息。它结合了光学方法(检测灵敏度高、可功能成像等)和声学方法(与光波相比,声波在组织中穿透能力强、散射少)的优点,可对较深处组织、以较高分辨率成像。超声调制主要是使散射介质的光学特性变化、使散射介质内的散射粒子的分布或介质的折射率的改变而导致光学相位变化。用散射理论和自相关方法可以解释一些超声调制多重散射光的现象。 目前的声光层析方案距离临床应用还差很远,主要是信噪比差,且无法实行活体检测。为了提高成像质量和检测深度并使该方法更便于应用,本文提出和实施了几种新的方案: 1.用实时快速Fourier变换(FFT)和聚焦超声调制的光学层析术以增加探测灵敏度和信噪比,用FFT实时地将调制光光信号滤出,用其谱强度重建图像,并研究了影响图像质量的几种因素。用该方法得到组织模拟介质中的隐含物体的层析图像,图像质量和检测深度均有提高。 2.用幅度调制的聚焦超声定位和FFT的光学层析方法,将一个10KHz的正弦波作为探测波,通过幅度调制加载在1MHz的超声波上,并将超声波聚焦用于定位生物组织内的散射光子。该方法可改善信噪比,提高检测精度和成像速度。首次用该方法实现了对模拟生物 摘要 组织中隐含物的光学层析图像,探测浙度达到30——。 3.结合扫频超声技术的声光同知1调制方法,解决了在垂直调制 方法中轴向分辨率差的问题。同时与扫频技术相结合,可以精确得到 不同深度的ZD层析图。如果结合背向检测技术,可以将激光入射光 纤、超声和光纤接收器集成为一个复合探头,便于临床应用。 另外,本论文提出和演示了用探测超声束检测原位光致声信号的 方法,可用于对组织的光声层析成像。利用一束聚焦探测超声穿过光 致声场,并与后者叠加形成拍频声信号:探测超声作为载波将光声信 号带出,将其分离后可得到聚点处的光声信号。另外,还可根据拍频 信号中探测超声信号幅值的改变来确定声波信号传输过程中的衰减, 简化重建图像过程,提高信噪比。 本研究结合声学、光学以及其它领域的一些技术,从超声调制的 光学层析以及光声层析两个方面探索新的医学影像诊断方法,并得到 了良好的结果。随着这些技术的进一步发展,有希望成为实用的诊断 手段。


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