非线性光声谐振成像

Photoacoustic imaging is a kind of new hybrid imaging techniques developed in recent years. Due to its unique feature of combining optical absorption and ultrasound detection, photoacoustic imaging could give a better trade-off among multiple-dimensional parameter optimization (such as image contrast, resolution, penetration and safety). However, the current research is normally limited to linear photoacoustic imaging, utilizing expensive pulse laser source. To overcome the drawbacks of existing linear photoacoustic technique, this project proposes nonlinear photoacoustic resonance imaging technique. Based the photoacoustic resonance phenomenon proposed by the applicant, it utilizes the intensity modulation of the laser source to sweep the modulation frequency, and then select the proper modulation frequency to induce photoacoustic resonance signals and improve the signal-to-noise ratio. Furthermore, differential imaging is performed to enhance the image contrast. In this project, the applicant will develop the electrical and optical systems to achieve nonlinear photoacoustic resonance imaging, and validate the proposed technique in both phantom and in vivo animal experiments. Compared with the conventional linear photoacoustic imaging, the proposed nonlinear photoacoustic resonance imaging fuses the merits of optical absorption and mechanical resonance to improve the image contrast. In addition, by using low-cost laser diode, the system cost could be significantly reduced.

光声成像技术是最近快速发展起来的一种新的混合成像技术。由于混合利用了光吸收和超声检测的优点，光声成像可实现更好的多维技术指标优化（包括对比度，空间分辨率，穿透深度，安全性）。然而，现有的研究基本只局限于利用线性光声成像的对比度，并且需要价格昂贵的脉冲激光器作为光源。为了进一步克服现有线性光声成像的缺点，本项目提出非线性光声谐振成像技术。该技术将基于申请人近年来发现的光声谐振现象，利用幅度调制的激光源来对调制频率进行扫频分析，选择合适的调制频率使得产生的光声信号产生谐振效果，增强信噪比，并利用差分成像的方法提高图像的对比度。在本项目中，申请人将开发出适用于非线性光声谐振成像的光路，电路与系统，完成对生物仿体及动物活体的成像实验。相比于传统的线性光声技术，非线性光声谐振成像技术通过融合光吸收和机械谐振机制，可以实现更高的图像对比度。另外，利用低成本的激光二极管，也可以有效降低成像系统的成本。

在本项目中，团队较好的完成了项目既定目标，包括1. 完善了非线性光声谐振成像的理论基础，数学模型以及仿真验证。2. 搭建了一整套非线性光声谐振成像系统，并进行了仿体和生物组织的验证成像。3. 初步拓展了与相关医生的合作，完成了初步的临床可行性分析。4. 发表了相关的高水平期刊论文5篇，申请专利3个，参加国内外高水平学术会议3次，并做口头报告。相关成果在非线性光声成像领域具有一定的显示度和影响力，并展现了应用于临床疾病诊断的潜力。另外，团队积极探索了该技术的临床转化潜力。团队搭建了一套非线性光声成像系统，并完成了仿体，离体实验，开展了初步的人体实验。所搭建的成像原型机吸引了多家投资机构和医疗器械公司参观了解，包括真格基金，比邻星创投，蓝驰创投，碧迪医疗，健适医疗等公司。团队正在积极推动该技术的临床转化，已经与上海中山医院，解放军总医院，上海同仁医院，上海第九人民医院等知名三甲医院建立了合作关系，共同推进临床应用研究和产品开发。