2.李长辉-光声皮肤成像新技术的原理和探讨.pdf

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1、光声光声皮肤成像新技术的皮肤成像新技术的原理和探讨原理和探讨李长辉，博士李长辉，博士 北京大学未来技术学院生物医学工程系北京大学未来技术学院生物医学工程系邮箱：邮箱：p背景介绍背景介绍p光声皮肤成像的方法光声皮肤成像的方法p光声皮肤成像研究进展光声皮肤成像研究进展p小结与探讨小结与探讨内容内容2看看得得快快PA-SIM成像技术推动生命科学发展的核心动力3“眼见为实”Seeing is believing X射线射线(1901年年Nobel奖奖)相衬显微成像相衬显微成像(1953年年Nobel奖奖)全息照相法全息照相法(1971年年Nobel奖奖)CT 计算机断层成像计算机断层成像(1979年年

2、Nobel奖奖)电子显微镜电子显微镜(1986年年Nobel奖奖)MRI 磁共振成像磁共振成像(2003年年Nobel奖奖)超高分辨率显微成像超高分辨率显微成像(2014年年Nobel奖奖)冷冻电镜成像冷冻电镜成像(2017年年Nobel奖奖)背景介绍背景介绍-医学成像医学成像4医学影像技术及设备的发展深刻影响和改变了医学研究模式和诊治，成为研究组医学影像技术及设备的发展深刻影响和改变了医学研究模式和诊治，成为研究组织结构与功能，疾病发生、发展、转移，以及认知科学的重大科学平台织结构与功能，疾病发生、发展、转移，以及认知科学的重大科学平台PET/MR超声超声CT磁共振磁共振PET/CTp看的深

3、看的深n表皮表皮n真皮真皮p看得准看得准n结构结构n组织成分组织成分n分辨率高分辨率高p时间快、成像无损无创时间快、成像无损无创皮肤成像的期望皮肤成像的期望5人的皮肤平均厚度约是人的皮肤平均厚度约是1 1毫米毫米皮肤成像设备皮肤成像设备6到目前为止，皮肤影像到目前为止，皮肤影像技术依然主要依赖技术依然主要依赖“放大放大镜镜”，诊断结果取决于医，诊断结果取决于医师的个人经验。师的个人经验。背景介绍背景介绍-光学深层组织成像的挑战光学深层组织成像的挑战71 mm光声层析成像光声层析成像光学相干层析成像光学相干层析成像软极限软极限*lt显微成像显微成像硬极限硬极限 5-7 厘米厘米(20,000倍倍

4、 or 43 dB 单向传播衰减单向传播衰减)激光激光光散射限制了深层组织的成像分辨率。光散射限制了深层组织的成像分辨率。纠正一个错误的观念纠正一个错误的观念“光散射让光传不深光散射让光传不深”背景介绍背景介绍-光声成像带来的突破光声成像带来的突破8光声成像突破了传统高分辨光学成像的深度壁垒！光声成像突破了传统高分辨光学成像的深度壁垒！4 cmScientific Reports 10,8047(2020).光声乳腺成像活体小鼠断层成像2 厘米厘米光声成像原理光声成像原理9乳腺恶性肿瘤引起循环系统异常超声波超声探测阵列红外激光脉冲体内组织光吸收超声波传播热膨胀探测声波脉冲激光照射图像重建光声信

5、号的产生：光声信号的产生：脉冲光能量被相应的组织吸收脉冲光能量被相应的组织吸收 热膨胀产生向外传播的超声波热膨胀产生向外传播的超声波由于超声波在软组织中的散射由于超声波在软组织中的散射远比光波的散射小，基于探测远比光波的散射小，基于探测超声波可以重建高清晰度图像超声波可以重建高清晰度图像水和软组织中声速水和软组织中声速 v=1500 m/sp背景介绍背景介绍p光声皮肤成像的方法光声皮肤成像的方法p光声皮肤成像研究进展光声皮肤成像研究进展p小结与探讨小结与探讨内容内容10光声皮肤成像光声皮肤成像11Photochem.Photobiol.Sci.,2019,18,9459621.光声皮肤成像光声

6、皮肤成像能看到什么？能看到什么？2.分辨率？分辨率？3.成像时间？成像时间？4.成像方法成像方法痔甲襞微循环皮肤组织中的光声信号源皮肤组织中的光声信号源组织内的光吸收体组织内的光吸收体(血液、黑色素等）血液、黑色素等）12黑色素血液水弹性蛋白胶原蛋白皮肤组织中的光声信号源皮肤组织中的光声信号源13可以通过多波长光声成可以通过多波长光声成像获得血氧饱和度这一像获得血氧饱和度这一重要生理参数。重要生理参数。氧和血红蛋白氧和血红蛋白脱氧血红蛋白脱氧血红蛋白光声皮肤成像系统光声皮肤成像系统14光声光声显微显微成像成像高频高频超声超声线阵线阵成像成像基于光声显微镜