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基于柱弥散光源体内辐照的前列腺扫描光声成像仿体实验

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物理学报 2015年第20期64卷 372-378页

作者：彭东青谢文明吴淑莲唐嘉铭李志芳李晖福建师范大学光电与信息工程学院医学光电科学教育部重点实验室光子技术福建省重点实验室福州350007 集美大学理学院厦门361021 福建工程学院信息科学与工程学院福州350118

光声成像技术是一种非常有前景的前列腺早期检测与成像的新技术.在现有前列腺光声成像技术中,通常采用的腺体外光源辐照方式由于受外围组织的影响,容易减弱深部前列腺组织的光能量吸收,导致辐照范围减小,引起光声成像深度不足,难以实现... 详细信息

光声成像技术是一种非常有前景的前列腺早期检测与成像的新技术.在现有前列腺光声成像技术中,通常采用的腺体外光源辐照方式由于受外围组织的影响,容易减弱深部前列腺组织的光能量吸收,导致辐照范围减小,引起光声成像深度不足,难以实现无损前列腺癌的检测.本文基于前列腺组织的结构特征,依据一种以柱状弥散光纤在尿道对前列腺实施光辐照、并利用外置于直肠内的长焦区聚焦式超声换能器检测光声信号的前列腺光声扫描成像技术,构建了光声成像实验系统,开展了仿体实验.测试结果表明,系统能够实现样品中吸收体的定位和成像,结合柱弥散光源体内辐照可使成像深度提高,同时侧向成像范围也较大.初步结果表明,借助柱弥散光源进行体内光辐照的光声信号新激发方式结合长焦区超声探头在前列腺癌早期无创诊断上具有潜在的应用前景.

关键词：医用光学技术弥散光源前列腺光声成像

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基于深度学习的光声成像图像去噪方法

基于深度学习的光声成像图像去噪方法

作者：张豪杰福建师范大学

学位级别：硕士

光声成像技术(Photoacoustic Imaging,PAI)是一种基于光声效应的生物成像技术。组织吸收光子发生热膨胀产生超声波,超声波携带着组织的光吸收信息在组织的传播过程中的散射比光学信号的散射弱很多,因此光声成像既具有光学成像的高对比度... 详细信息

光声成像技术(Photoacoustic Imaging,PAI)是一种基于光声效应的生物成像技术。组织吸收光子发生热膨胀产生超声波,超声波携带着组织的光吸收信息在组织的传播过程中的散射比光学信号的散射弱很多,因此光声成像既具有光学成像的高对比度,也兼顾了超声成像的高分辨率的优点,光声成像已广泛应用在生物组织的结构和功能成像,成为研究生物组织特征的重要手段,在医学领域有广阔的应用前景。光声成像技术最终是从反演的图像中获取信息,因此光声图像重建的质量尤为重要。光声图像重建的过程就是用采集的时间序列的光声信号反演出初始声压的分布,即声学反演问题,进而反演出光吸收系数分布。然而,目前常用的重建方法如延迟求和法和滤波反投影法等在重建图像的过程中,由于存在换能器欠采样和带宽有限以及重建算法不够完善的问题,另外受到信号采集系统电子元器件的干扰,导致光声信号在产程和采集的过程中夹杂着大量的噪声,使重建的光声图像中出现大量的噪声和环形伪影,导致成像细节损失,降低图像质量和成像深度,传统的图像去噪方法并不能有效地解决这一问题。随着深度学习的发展,基于数据驱动的卷积神经网络在医学成像领域也受到了广泛的关注和应用。本文提出了使用基于监督学习的RED-CNN和无监督学习Cycle GAN网络来去除光声图像中的噪声和伪影,改善图像质量。其中RED-CNN图像去噪网络结构,采用卷积和反卷积层的对称结构来保留更多的细节,能够使图像恢复到原始大小,并引入残差块直接学习从输入噪声图像到其对应的无噪声图像的端到端映射,促进训练更深层次的网络,同时能够抑制图像噪声和伪影。Cycle GAN网络在生成对抗的网络的基础上引入了循环一致性损失,并且训练不需要配对的数据集,经过训练之后网络能够从复杂的数据中学习到真实样本的数据分布,生成器能够生成与标签非常接近的无噪声图像。在测试集上的结果表明,两种网络处理后的图像的图像质量评价指数结构相似性(SSIM)和峰值信噪比(PSNR)均有所改善,噪声能够得到有效的抑制,其中Cycle GAN的效果更好。

关键词：光声成像深度学习 CNN 图像去噪

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基于声透镜的三维光声成像技术

物理学报 2015年第24期64卷 126-130页

作者：张宇唐志列吴泳波束刚华南师范大学物理与电信工程学院广州510006 华南农业大学电子工程学院广州510642 华南农业大学动物科学学院广州510642

基于声透镜的光声成像系统中,由样品的光声压分布等效样品的吸收分布,进行光声像重建,但之前的这种等效是一种近似,理论上并不准确.本文阐述了声透镜三维光声成像的基本原理,揭示了声透镜像面上光声压信号的时间分布与样品轴向吸收分布... 详细信息

基于声透镜的光声成像系统中,由样品的光声压分布等效样品的吸收分布,进行光声像重建,但之前的这种等效是一种近似,理论上并不准确.本文阐述了声透镜三维光声成像的基本原理,揭示了声透镜像面上光声压信号的时间分布与样品轴向吸收分布之间的关系;提出用积分法和希尔伯特变换提取光声信号瞬时值法,解调样品吸收系数分布并重建光声像;实验上,对不同样品分别用积分法和希尔伯特变换法获取样品的吸收系数,重建光声像的横向和轴向分辨率均约为1 mm,实现了真正的三维快速光声成像.

关键词：声透镜光声成像积分法希尔伯特变换

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光声成像技术在胰腺肿瘤诊疗中的研究进展

中文科技期刊数据库（全文版）医药卫生 2023年第7期 175-177页

作者：齐硕陈康刘苏来彭创成伟湖南师范大学附属第一医院·湖南省人民医院肝胆外科湖南长沙410005 湖南省血吸虫病防治所附属湘岳医院湖南岳阳414000

胰腺肿瘤是常见的恶性肿瘤之一,临床上传统的影像学技术手段对胰腺肿瘤的早期诊断存在一定的局限性。光声成像技术可能够提供高分辨率、高对比度的胰腺组织图像,有助于胰腺肿瘤早期诊断、精准边界评估、治疗导航及疗效评估等,在胰腺肿... 详细信息

胰腺肿瘤是常见的恶性肿瘤之一,临床上传统的影像学技术手段对胰腺肿瘤的早期诊断存在一定的局限性。光声成像技术可能够提供高分辨率、高对比度的胰腺组织图像,有助于胰腺肿瘤早期诊断、精准边界评估、治疗导航及疗效评估等,在胰腺肿瘤诊疗具有不错的应用前景。文章通过对光声成像技术在胰腺肿瘤诊疗的相关进展进行综述,以期为胰腺肿瘤的综合诊疗提供新的技术手段,提高胰腺肿瘤患者的治疗成功率及生存率。

关键词：光声成像胰腺肿瘤精准诊断治疗进展

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多参量光声成像及其在生物医学领域的应用

物理学报 2015年第9期64卷 158-167页

作者：殷杰陶超刘晓峻南京大学物理学院声学研究所近代声学教育部重点实验室南京210093

光声成像兼具声学成像和光学成像两者的优点,因而成为近十年来发展最迅速的生物医学成像技术之一.本文介绍了光声成像的特点及其相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点;其次,解释了光声成像的成像原理,在此基础上介绍了光... 详细信息

光声成像兼具声学成像和光学成像两者的优点,因而成为近十年来发展最迅速的生物医学成像技术之一.本文介绍了光声成像的特点及其相对于广泛应用的光学成像技术和声学成像技术的优点;其次,解释了光声成像的成像原理,在此基础上介绍了光声断层成像和光声显微镜这两种典型的光声成像方案,并介绍了它们的技术特点;然后,介绍了光声成像对生物组织的生化特性、组织力学特性、血液流速分布、温度分布参数、微结构特性等多信息参量的提取能力,及其在生物系统的结构成像、功能成像、代谢成像、分子成像、基因成像等多领域的应用;最后,展望了光声成像在生物医学领域的应用潜力并讨论了其局限性.

关键词：光声成像断层成像光声显微镜多参量成像

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深层生物组织光学技术发展及其应用（特邀）

中国激光 2024年第1期 338-361页

作者：赖溥祥赵麒周颖颖程圣福胡子敏李焕浩余志鹏黄夏子姚靖庞未然李浩然黄浩梵李文钊郑源东王志远袁楚琪仲天庭香港理工大学生物医学工程系香港理工大学深圳研究院香港理工大学光子技术研究院香港理工大学体育科技研究院

光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色，其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究，包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均... 详细信息

光学技术在生物医学中扮演着越来越重要的角色，其非电离辐射、高分辨率、高对比度和对生物组织异变高度灵敏等特性使其非常适用于生物组织的研究，包括成像、传感、治疗、刺激以及控制等。然而由于光折射因子在生物组织中的分布是不均匀的，光在生物组织中的传播会受到很强的散射影响，故纯光学技术的穿透深度和空间分辨率是“鱼和熊掌不可兼得”；高分辨率光学成像应用仅限于样品浅表层，当成像深度增加时分辨率急剧下降。实现光在深层生物组织里的高分辨率成像或应用是人们期盼已久的目标。近年来，为解决这一问题，研究者提出了不同的方法，例如切换到更长的光波长以减小组织散射系数，在信号检测时将漫射光转换为散射不明显的超声信号，逆转或者预先补偿由光的多次散射所带来的相位畸变，或借助光纤等微创光学通道实现深层生物组织的高分辨率光学成像、刺激等。基于团队在深层生物组织光学相关领域多年的耕耘，从光在生物组织中的传播特性出发，梳理和总结了近年来研究人员在光-声结合和光学波前整形技术等方面展开的诸多探索，以及在生物组织操控、成像、光学计算以及人工智能等领域中的应用尝试。虽然尚有诸多不足，但随着硬件设备的更新和计算技术的发展，在不远的将来有望实现活体深层生物组织光学高分辨率应用。在这一求索过程中，新方法和新能力将不断激发新的应用灵感，为光学尤其是生物医学光子学带来全新的理念和机遇。

关键词：生物光学光学成像生物医学光子学深层组织光学波前整形光声成像

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光声成像技术在口腔医学中的研究进展

中国激光医学杂志 2022年第5期31卷 288-293页

作者：徐昕辛鹏飞张宽收刘青梅山西医科大学口腔医学院·口腔医院太原市030001 山西医科大学第三医院·山西白求恩医院·山西医学科学院同济山西医院量子光学与光量子器件国家重点实验室·山西大学光电研究所·极端光学协同创新中心

光声成像(photoacoustic imaging,PAI)是近30年来迅速发展起来的一项新兴技术,同时综合了超声的高分辨率和光学成像的高对比度,是以超声作为媒介的功能性光学成像方法。光声成像技术已被认为是一种潜在的医学工具,其研究成果在临床医学... 详细信息

光声成像(photoacoustic imaging,PAI)是近30年来迅速发展起来的一项新兴技术,同时综合了超声的高分辨率和光学成像的高对比度,是以超声作为媒介的功能性光学成像方法。光声成像技术已被认为是一种潜在的医学工具,其研究成果在临床医学各领域不断扩展。本文对比传统诊断方法与光声成像诊断的优劣,总结了光声成像的分类,对光声成像在口腔各领域的研究现状、应用潜力及面临的挑战做出综述。

关键词：光声成像光声显微成像技术光热治疗口腔医学

光声成像评价靶向纳米粒联合LIFU对小鼠乳腺癌的治疗研究

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医学影像学杂志 2023年第12期33卷 2278-2282页

作者：黎鹏方辉缪婉婷范雪莲董海霞浙江省立同德医院超声科浙江杭州310012

目的制备叶酸修饰的红细胞膜伪装的载青蒿素(ART)多功能靶向仿生纳米粒,并应用光声成像(PAI)评价其联合低强度聚焦超声(LIFU)治疗小鼠乳腺癌的价值。方法选用聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)作为纳米粒的载体材料,以全氟己烷(PFH)、Fe_(3)O... 详细信息

目的制备叶酸修饰的红细胞膜伪装的载青蒿素(ART)多功能靶向仿生纳米粒,并应用光声成像(PAI)评价其联合低强度聚焦超声(LIFU)治疗小鼠乳腺癌的价值。方法选用聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)作为纳米粒的载体材料,以全氟己烷(PFH)、Fe_(3)O_(4)、ART作为纳米粒的内核,再以红细胞膜(EM)包覆该纳米粒,最后EM表面经叶酸(FA)修饰为靶向分子,制备多功能靶向仿生纳米粒(PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)-eFA)。激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)观察纳米粒的FA连靶率。应用PAI观察纳米粒在小鼠乳腺癌组织内的靶向聚集程度。电感耦合等离子体发射光谱(ICP)检测纳米粒在血液中的代谢情况。纳米粒联合LIFU协同治疗肿瘤,并记录肿瘤大小变化。结果LSCM分析显示纳米粒mander重叠系数为83.7%。PAI结果显示合成的PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)-eFA纳米粒在体外及体内均有良好的光学成像效果。PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)-eFA组小鼠乳腺癌组织内光声信号强度显著高于PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)组。ICP结果显示PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)-eFA组血液中Fe2+浓度显著高于PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)组;PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)-eFA组小鼠肝脏及脾脏内的Fe2+显著低于PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)组;且PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)-eFA组小鼠乳腺癌组织内的Fe2+显著高于PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)组。体内治疗结果显示,PFH/ART@PLGA/Fe_(3)O_(4)-eFA组小鼠乳腺癌体积显著小于其他各组。结论本研究成功制备包封PFH、Fe_(3)O_(4)、ART的多功能靶向仿生纳米粒,具有良好的体内外光声成像效果,初步证实可用于小鼠乳腺癌的靶向诊断,联合LIFU可以协同治疗小鼠乳腺癌。

关键词：乳腺癌青蒿素纳米粒低强度聚焦超声诊断光声成像

光声成像联合光热治疗在肝癌诊治中的应用进展

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分子影像学杂志 2023年第3期46卷 548-553页

作者：庄填宇焦嘉澎连韵钰方驰华黄振驹曾宁南方医科大学第二临床医学院广东广州510282 南方医科大学珠江医院肝胆一区//广东省数字医学临床工程技术研究中心广东广州510282

近年来,具有高分辨率、高对比度和高成像深度的光声成像技术在肝癌的诊疗中逐渐受到重视,光热治疗因光热转导剂在肿瘤的富集而有着高度特异性,其优秀的疗效也备受关注。本文主要介绍光声成像技术和光热治疗的基本原理以及具有高光声信... 详细信息

近年来,具有高分辨率、高对比度和高成像深度的光声成像技术在肝癌的诊疗中逐渐受到重视,光热治疗因光热转导剂在肿瘤的富集而有着高度特异性,其优秀的疗效也备受关注。本文主要介绍光声成像技术和光热治疗的基本原理以及具有高光声信号和良好光热转换效率的纳米诊疗剂,并展示了光声成像技术联合光热治疗,以纳米诊疗剂的形式在肝癌诊疗一体化中的应用。联合技术利用光声成像来监测纳米诊疗剂在肿瘤的富集,并通过光热效应来杀伤肿瘤细胞、调节肿瘤微环境、抑制肿瘤的转移复发,验证了联合技术在早期肝癌诊治的可行性和优势,推动其在临床上的实际应用。

关键词：光声成像光热治疗诊疗一体化纳米诊疗剂