生物组织的光声层析成像方法

生物组织的光声层析成像是一种新兴的医学成像技术，它可以提供生物组织的光学吸收信息和声学信息，是一种很有前途的可以发展成为临床的医学检测方法。简要介绍了光声层析成像技术的机理，报道了国内外几种典型的光声成像方法，讨论了目前光声层析成像研究中存在的问题，并指出了光声层析成像发展方向。     

光声成像理论基础

根据光声现象的基本物理过程,针对非气体介质,首次提出了光声成像理论,光声信号是用剩余压强来描述的,以迅速加热为条件研究了液态光声压强的一个解,对有限体积的物体提出了完备的光声成像再现理论,此理论根据安放在一个半球上的换能器件阵列所测得的压强信号,就能将一物体的辐射能量吸收密度经两步实现三维再现。第一步与三维背后投影法相似,第二步是一个线性变换,这种变换与求解具有对称核的第一类Ｆｒｅｄｈｏｌｍ积分主     

光声信号强度与溶液浓度关系的研究

研究了光声信号的强度与溶液浓度的关系,应用光谱学比尔定律和液体光声理论,得出了在溶液浓度不太大的条件下,光声信号强度与溶液浓度成线性关系的结论。实验结果与理论计算吻合,这对分析溶液中微量物质及通过物质浓度检测化学反应速度有一定意义。     

基于超材料结构的宽频带高频光声信号定向传输模型设计

为了解决高频光声信号在传输过程中存在损耗严重等问题对光声成像技术应用的限制,本文在声学超材料结构上设计了一种用于实现宽频带高频光声信号定向传输的模型,通过COMSOL Multiphysics软件进行了模型建立,并进行了仿真测试。测试结果表明模型对200~1000 kHz的高频声波均有良好的定向传输效果,具备良好的宽频带定向低损耗传输特性,可以很好地解决高频声波传输过程中容易产生的声能损耗问题。以700 kHz的光声信号为例,研究了光声信号在模型中的传输特性。研究表明该模型在传输高频声波的过程中,能够达到很好的局域声场增强的效果,该模型可以满足光声成像技术在应用过程中的高频信号传输的需求。     

压电检测凝聚态物质光声信号的理论分析

本文基于热弹性理论推导了凝聚态介质中光声效应的基本方程。在某些有实际意义的条件下给出了光声信号的简化表达式。对采用脉冲光(或强度调制光)作为激励源的情况下,得出了一般解,并讨论了某些可以忽略热扩散的特殊情况。     

液体中光声信号吸收衰减的研究

研究水的声吸收所引起的光声脉冲幅度的变化。脉冲声波由激光通过光击穿机制产生。文中给出了光声脉冲峰值声压与传播距离和声吸收系数之间的理论关系式。实验测量结果和理论曲线所描述的变化规律相符合。     

非聚焦式医学光声成像算法

以光声效应为基础,诠释了基于非聚焦式超声换能器探测模式的光声成像技术,着重讨论目前该领域主要的成像算法,包括逆三维Radon变换、滤波反投影算法、P变换算法等.     

光声光谱技术中斩光频率对光声信号影响的研究

利用低温光声光谱检测系统,对相对光声信号幅值随斩波器斩光频率的变化进行研究分析,同时,对低温情况下(液氮)两者间的关系也进行探索。     

固体中双光子光声信号的产生

对双光子光声效应作了较系统的理论分析，导出了光声效应的波动方程，并求出了固体中双光子光声信号的表达式。     

基于光声、热声技术的脑组织结构及功能成像

根据不同组织的光及微波吸收差异，利用光声成像在体观测了小鼠脑皮层血管的分布结构，对由外部针刺所致的脑损伤及脑皮层出血进行高分辨的成像，并利用血管光声信号的强度反映血容量的变化，实现光声脑缺血检测．应用热声成像对小鼠脑部金属异物进行定位检测，结合光声脑皮层血管损伤成像，实现快速异物定位及组织损伤检测双结合的功能成像．实验结果表明光声、热声成像既能显示生物组织的形态结构，又能进行组织内部异物的检测，有望发展成为新型的脑功能成像技术．     

光声傅里叶变换成像理论

依据光声效应产生的超声波具有波的特性,借鉴光学成像理论,提出了一种新的光声信号成像模式－利用声透镜直接成像。以声场复振幅来描述声场分布,根据基尔霍夫衍射理论,从理论上推导了声透镜的脉冲响应,并通过实验得到了生物组织的功能成像。     

光声耦合方程组的近似解

利用多重尺度方法,研究了布拉格光栅中光波和声波的相互作用.将光声耦合方程组约化到标准的非线性薛定谔方程,从而由非线性薛定谔方程的解得到了原方程组的近似单孤子解和二孤子解,分析了孤子的速度和二孤子碰撞的图像.     

光声信号强度与溶液浓度关系的研究

研究了光声信号的强度与溶液浓度的关系．应用光谱学比尔定律和液体光声理论,得出了在溶液浓度不太大的条件下,光声信号强度与溶液浓度成线性关系的结论．实验结果与理论计算吻合．这对分析溶液中微量物质及通过物质浓度检测化学反应速度有一定意义     

光声成像技术在鸣禽脑中的应用

鸣禽鸣啭学习与记忆机制的研究是当今神经科学领域的一个特色分支,近年来该研究迅猛发展.光声成像是一种新型无损脑功能成像技术.该文首次采用光声成像技术对鸣禽斑胸草雀脑进行研究,以期为揭示鸣禽鸣唱机制提供新的手段.     

基于声学散射透镜的低成本光声断层成像方法

光声断层成像需要使用换能器阵列及多通道系统,硬件成本较高,制约了其广泛应用.为降低成本,设计了一种基于声学散射透镜的光声断层成像方法,利用声学多重散射过程中的多路径效应达到增大探测阵列等效数值孔径的作用,从而减少信号探测过程所需换能器数量.通过数值模拟实验,首先分析了散射透镜格林函数的精确测量方法,随后利用四个散射透镜共同作用实现了高质量光声断层成像,并对影响成像质量的相关因素进行了具体研究.提出的散射透镜无须复杂制作工艺或特殊材料,系统只需四个超声换能器即可实现快速成像,可降低光声断层成像系统的硬件成本.     

光声信号亚波长成像分辨率的分析与实现

为提高光声成像的亚波长分辨率,探究了光声信号产生的机理,并对其亚波长分辨率进行了傅里叶分析,发现普通正折射率透镜难以对携带诸多物质细节信息的倏逝波进行成像,通过COMSOL Multiphysics有限元模拟软件对声学超透镜进行建模和仿真,结果发现在该声学透镜对声波的调控作用下,倏逝波在近场区域能够实现较好的成像效果,在对样品进行制备与测试后,实验与仿真效果基本吻合,证实了该声学透镜的实用性。     

导数光声光谱信号处理过程中两端失真问题探讨

探索导数光声光谱信号处理过程中两端失真的问题,以原信号处理程序为基础编写了一套检验程序．经实验检验和理论分析,认为产生两端失真的主要原因出现在对信号的拟合阶段,这个误差很小,一般在图象上不易观察,不会引起人们的注意,而求导则将这一点点误差放大,进一步证明了导数光谱法的高灵敏度．     

基于增强倏逝波的声透镜光声成像系统设计

光声成像是一种新近迅速发展起来、基于生物组织内部光学吸收差异、以超声作媒介的无损生物光子成像方法。在分析当前光声成像系统中传统声学透镜的倏逝波衰减导致包含图像细节的高频信息丢失的基础上,提出使用负折射透镜,让倏逝波参与成像,突破传统声学透镜的衍射极限,从而大幅提高成像分辨率。同时依据光声效应产生的超声波具有波的特性,在研究中还发展、完善了声学信息系统的相关理论以及三维声成像技术。通过实验对比得到了超越普通声学透镜的生物组织的光声成像效果。     

不同深度的光声层析成像

光声成像结合了组织纯光学成像和组织纯声学成像的优点,是一种有潜力的无损伤的医学成像技术。本文利用一体化快速光声成像系统,实现了不同深度的模拟样品的光声像。研究结果表明,随着吸收体的深度的增加,激光和超声的强度衰减,其重建图像的强度逐渐减少。系统的横向分辨率为0.5mm,光声采集成像时间为5s。该一体化快速成像系统与现有的方法比较,具有快速方便等特点,有望成为一种组织功能在体成像的新方法,并发展成为一种低成本的实用的临床诊断仪器。