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技術(shù)前沿

深圳先進(jìn)院高速光聲顯微成像技術(shù)獲得進(jìn)展

激光制造網(wǎng) 來源:光學(xué)天下2022-07-11 我要評(píng)論(0 )   

近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與分子影像中心劉成波、鄭煒團(tuán)隊(duì)合作,在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊Biomedical Optics Express發(fā)表了題為“Video-rate h...

近日,中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與分子影像中心劉成波、鄭煒團(tuán)隊(duì)合作,在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)領(lǐng)域旗艦期刊Biomedical Optics Express發(fā)表了題為“Video-rate high-resolution single-pixel nonscanning photoacoustic microscopy”的研究論文,報(bào)道了一種基于單像素非掃描方式的高速光聲顯微成像技術(shù),在國際上率先實(shí)現(xiàn)了30幀/秒的三維動(dòng)態(tài)光聲顯微成像,達(dá)到同類技術(shù)最快的成像速度。該論文被期刊遴選為編輯推薦(Editor's Pick)亮點(diǎn)文章。助理研究員陳寧波、余佳、劉良檢為論文共同第一作者,劉成波研究員、鄭煒研究員為論文共同通訊作者。

光聲顯微成像具備高分辨、三維無標(biāo)記成像等優(yōu)勢,被廣泛用于活體生物組織結(jié)構(gòu)和功能成像。傳統(tǒng)光聲顯微成像技術(shù)主要依靠逐點(diǎn)掃描進(jìn)行三維圖像采集,受限于步進(jìn)電機(jī)、光學(xué)振鏡等掃描器件的掃描速度局限,傳統(tǒng)光聲顯微技術(shù)的成像速度遠(yuǎn)低于視頻幀率(30 Hz),難以滿足生物體快速生理活動(dòng)監(jiān)測的需求。

針對(duì)該問題,研究團(tuán)隊(duì)提出了一種基于單像素成像技術(shù)的高速非掃描光聲顯微成像(SPN-PAM)。該技術(shù)利用高速數(shù)字微鏡(DMD)實(shí)現(xiàn)成像區(qū)域的結(jié)構(gòu)光場照明,通過快速調(diào)制結(jié)構(gòu)光場的傅里葉照明條紋,獲取圖像的變換域頻譜信息,采用傅里葉頻譜逆變換即可完成圖像快速重建。

(a)SPN-PAM成像系統(tǒng)圖;(b)SPN-PAM圖像重建原理。

SPN-PAM技術(shù)無需逐點(diǎn)掃描成像,克服了掃描器件對(duì)成像速度的限制,此外,該技術(shù)能夠充分利用圖像在變換域獨(dú)特的頻譜稀疏特征,對(duì)頻譜信息進(jìn)行大幅壓縮采樣?;铙w成像結(jié)果表明,在4.86%的超低采樣率下,該方法仍能夠保持良好的圖像分辨率和信噪比,同時(shí)成像速度得到大幅提升?;诖耍芯繄F(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)了視頻幀率(≥30 Hz)的高分辨光聲顯微成像。

活體小鼠微血管網(wǎng)絡(luò)SPN-PAM壓縮成像結(jié)果

憑借高時(shí)間和空間分辨率優(yōu)勢,SPN-PAM實(shí)現(xiàn)了小動(dòng)物活體水平,對(duì)微血管尺度血流再灌注過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測,觀察到了血流量和流速的瞬時(shí)變化,為血流動(dòng)力學(xué)和組織代謝研究提供了一種潛在的有效手段。與此同時(shí),SPN-PAM壓縮成像還能夠有效降低高速光聲顯微成像需要的激光劑量,提升成像安全性,為該技術(shù)進(jìn)一步臨床轉(zhuǎn)化提供了可能。

活體小鼠微血管血流(左)及血流再灌注過程(右)動(dòng)態(tài)監(jiān)測

該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃,國家自然科學(xué)基金,中國科學(xué)院以及廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目支持。

論文鏈接:https://doi.org/10.1364/BOE.459363


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