基于扫描镜的合成Kong径聚焦技术的光声显微镜

在当今的医疗成像技术领域，光声显微镜（Photoacoustic Microscopy, PAM）是一种新兴的成像方式，结合了光学对比度高和声学散射低的优势。这种方法涉及使用短激光脉冲照射组织，脉冲被组织吸收后引起小幅度的温度上升，通过热弹性效应导致热膨胀，进而产生声波的发射。光声成像在过去十年中被密集研究，以获得结构和功能图像，如三维（3D）微血管、血流和氧合情况。由于软生物组织中的低声学散射，光声成像可以实现深度达数厘米的穿透，同时具有衍射极限的声学空间分辨率。要实现高分辨率的光声显微镜，需要采用光学聚焦或通过高数值孔径（Numerical Aperture, NA）的聚焦换能器进行声学聚焦，这两种方式分别被称为光学分辨率PAM和声学分辨率PAM。 本研究提出并测试了一种基于扫描镜合成孔径聚焦技术（Scanning Mirror-based Synthetic Aperture Focusing Technique, SM-SAFT）的光声显微成像系统，该系统能够进行简单的快速数据采集，无需对换能器进行物理扫描。研究者们通过该系统获取的头发模型的光声图像证明了所提方法的可行性和潜力，作为概念验证实验。 合成孔径聚焦技术（Synthetic Aperture Focusing Technique, SAFT）是一种有效的技术，用于提升扫描显微系统中非聚焦区域的横向分辨率。这种方法通常要求一个电机驱动的扫描台进行横向扫描以获得断面图像。但是本研究中的SM-SAFT技术可以实现不需要换能器物理扫描的简单和快速数据采集。 此外，文章提到了光声成像的另一个重要概念，即合成孔径。在传统的光声显微镜中，通常需要使用高数值孔径的聚焦换能器来实现声学聚焦，以便达到高横向分辨率。然而，这可能涉及到复杂的换能器设计和调整。通过合成孔径技术，可以利用一系列在空间上分散的小孔径换能器来合成一个大的等效孔径，从而达到在不增加换能器复杂性的前提下提高成像分辨率的目的。 该研究中还提到了光声成像的一些应用场景，例如在3D微血管成像、血流动态观察以及组织氧合水平测量方面的重要性。由于光声成像在软生物组织中声学散射极低，这种成像方式可以提供具有衍射极限的声学空间分辨率的图像。 文章中使用的OCIS代码（Optics and Photonics Classification Scheme）110.5120、180.5810、110.6880分别为：声学、光学成像和显微镜；生物组织的光学属性；声学成像和声学显微镜技术。 基于扫描镜的合成孔径聚焦技术的光声显微镜研究，不仅为光声成像技术提供了一种新的实现方式，也推动了该技术在快速数据采集和高横向分辨率方面的进一步发展。通过概念验证实验，SM-SAFT技术的可行性得到了证实，并展现出在实际应用中具有巨大的潜力。