血管内窥光声图像的频率谱研究

Photoacoustic(PA) imaging is a hybrid non-ionizing imaging modality which is a novel biomedical application of photoacoustic effect. Since it is based on optical absorption, this imaging modality can show the optical contrast. Meanwhile, the excitation signal is broad-band ultrasound, so the PA wave can be detected and spatially resolved by an US transducer. Therefore, the PA imaging takes advantage of strong optical absorption contrast and high ultrasounic resolution. According to the papers published so far, majority PA images obtain through PA systems are the gray-scale images in time domain. This project is focusing on analysing PA waves in both time and frequency domain. Firstly, we aim to compare and analyse the PA signal from the blood and saline buffer inside the vessel so that we can choose optimal frequency range window to filter out the noise from media and increase the signal to noise ratio consequently. Secondly, we aim to analyse and characterize the frequency spectra from different tissue compostion so that we are able to offer an inherently more accurate and reproducible technique of atherosclerosis vessel tissue characterization. .

光声成像是一种无电离辐射的成像模式。光声成像是光声效应的医学应用，基于光学吸收的成像模式能够给出光学对比度；而激光激发出来的信号为宽带超声，所以可用超声换能器对光声信号进行接收，从而达到超声成像的分辨率和优异的成像深度。因此光声成像是一种集成了光学和超声成像优势的新兴成像技术。从当前国际上已经取得的成果来看，大多是基于信号的强度差别而重建出灰度对比的时域光声图像。本项目拟从频域上对血管内窥的光声信号进行研究，从而实现两个方面的目标，一是通过分析和比较来自于血管内血液或者生理盐水缓冲液的光声信号频谱，对血管内腔环境进行分析，尽可能的减少内腔媒介部分光声信号对生物组织图像重建的影响，进而提高图像信噪比；二是分析和总结来自于不同生物组织的（肌肉，脂质，钙化等）信号频谱，在信号的强弱对比基础上进一步通过频谱特征参数对组织的组分进行研究。最终为动脉粥样硬化的早期诊断提供更丰富的影像依据

项目背景：光声成像是一种无电离辐射的成像模式。光声成像是光声效应的医学应用，基于光学吸收的成像模式能够给出光学对比度；而激光激发出来的信号为宽带超声，所以可用超声换能器对光声信号进行接收，从而达到超声成像的分辨率和优异的成像深度。因此光声成像是一种集成了光学和超声成像优势的新兴成像技术。从当前国际上已经取得的成果来看，大多是基于信号的强度差别而重建出灰度对比的时域光声图像。.主要研究内容：本项目拟从频域上对血管内窥的光声信号进行研究，从而实现两个方面的目标，一是通过分析和比较来自于血管内血液或者生理盐水缓冲液的光声信号频谱，对血管内腔环境进行分析，尽可能的减少内腔媒介部分光声信号对生物组织图像重建的影响，提高图像信噪比；二是分析和总结来自于不同生物组织的信号频谱，在信号的强弱对比基础上进一步通过频谱特征参数对组织的组分进行研究。最终为动脉粥样硬化的早期诊断提供更丰富的影像依据。.重要研究结果及关键数据：本项目从基础材料入手，首先制备了无铅的压电材料，实现了与传统压电材料相近的声学性能，给后期的生物医学成像打下良好前期基础。第二，搭建完成了血管内窥光声超声集成探头及系统，并在人的离体的病变血管内实现了内窥成像。第三，通过对不同生物组织频率谱的分析，查找特征参数，成功区分不同生物组织（肌肉，脂质，钙化），最终实现了频率谱成像。.科学意义：传统的光声成像，都是基于幅值成像，往往得到的都是在时域内的灰度成像。根据光声成像的原理，特定的生物组织有着自身特定的光学吸收谱，在同一波长下，不同生物组织的吸收系数也是不一样的，同时产生的宽带超声的幅值和频谱也不一样，因此频域分析中的特定参数会对应特定组织。根据研究的结果来看，血管内窥的图像中的肌肉，脂质，钙化可以通过频域分析区分开。基于以上结论，本项目实现了光声内窥成像在生物组织中的功能成像，给临床诊断动脉粥样硬化提供了更为详细的信息。