深圳先進院高速光聲顯微成像技術獲得進展

近日，中國科學院深圳先進技術研究院生物醫學光學與(yu) 分子影像中心劉成波、鄭煒團隊合作，在生物醫學光學領域旗艦期刊Biomedical Optics Express發表了題為(wei) “Video-rate high-resolution single-pixel nonscanning photoacoustic microscopy”的研究論文，報道了一種基於(yu) 單像素非掃描方式的高速光聲顯微成像技術，在國際上率先實現了30幀/秒的三維動態光聲顯微成像，達到同類技術最快的成像速度。該論文被期刊遴選為(wei) 編輯推薦（Editor's Pick）亮點文章。助理研究員陳寧波、餘(yu) 佳、劉良檢為(wei) 論文共同第一作者，劉成波研究員、鄭煒研究員為(wei) 論文共同通訊作者。

光聲顯微成像具備高分辨、三維無標記成像等優(you) 勢，被廣泛用於(yu) 活體(ti) 生物組織結構和功能成像。傳(chuan) 統光聲顯微成像技術主要依靠逐點掃描進行三維圖像采集，受限於(yu) 步進電機、光學振鏡等掃描器件的掃描速度局限，傳(chuan) 統光聲顯微技術的成像速度遠低於(yu) 視頻幀率（30 Hz），難以滿足生物體(ti) 快速生理活動監測的需求。

針對該問題，研究團隊提出了一種基於(yu) 單像素成像技術的高速非掃描光聲顯微成像（SPN-PAM）。該技術利用高速數字微鏡（DMD）實現成像區域的結構光場照明，通過快速調製結構光場的傅裏葉照明條紋，獲取圖像的變換域頻譜信息，采用傅裏葉頻譜逆變換即可完成圖像快速重建。

（a）SPN-PAM成像係統圖；（b）SPN-PAM圖像重建原理。

SPN-PAM技術無需逐點掃描成像，克服了掃描器件對成像速度的限製，此外，該技術能夠充分利用圖像在變換域獨特的頻譜稀疏特征，對頻譜信息進行大幅壓縮采樣。活體(ti) 成像結果表明，在4.86%的超低采樣率下，該方法仍能夠保持良好的圖像分辨率和信噪比，同時成像速度得到大幅提升。基於(yu) 此，研究團隊首次實現了視頻幀率（≥30 Hz）的高分辨光聲顯微成像。

活體(ti) 小鼠微血管網絡SPN-PAM壓縮成像結果

憑借高時間和空間分辨率優(you) 勢，SPN-PAM實現了小動物活體(ti) 水平，對微血管尺度血流再灌注過程的動態監測，觀察到了血流量和流速的瞬時變化，為(wei) 血流動力學和組織代謝研究提供了一種潛在的有效手段。與(yu) 此同時，SPN-PAM壓縮成像還能夠有效降低高速光聲顯微成像需要的激光劑量，提升成像安全性，為(wei) 該技術進一步臨(lin) 床轉化提供了可能。