光声弹性成像理论及应用基础研究

申请人硕博期间便开始致力于无损快速、高分辨的光声成像技术及其在生命科学中的应用研究，在光声脑功能成像、光声脑血流灌注检测等方面做出了一系列原创性的研究结果。在此基础上，本课题拟通过理论研究光声信号产生与组织粘弹特性之间的相互作用关系，阐明调制连续光与其产生光声波之间的相位延时与组织粘弹性质的对应数学解析，建立以相位延时为图像对照的新原理光声成像方法，以成像反映组织的弹性性质。项目将研制搭建由调制连续激光激发，高灵敏聚焦超声换能器和锁相放大器接收的光声弹性成像系统，记录受迫光声信号的幅值强度和相位信息；研究相位延时反投影算法和双参数图像融合处理技术；创新性地将光声吸收成像和光声弹性成像双结合，同时反映组织内部的吸收和弹性信息；并在此基础上开展新对比原理的光声组织弹性成像应用基础研究。此方法在同一成像模态系统下，获得两种物理参数的信息，开创光声成像技术在生命科学中新的应用方向和研究领域。

粘弹性是人体组织中一个重要的物理参数，在生命科学及医学中有着重要而广阔的临床应用和诊断意义。本课题通过理论研究光声信号产生与组织粘弹特性之间的相互作用关系，阐明调制连续光与其产生光声波之间的相位延时与组织粘弹性质的对应数学解析，建立以相位延时为图像对照的新原理光声成像方法，以成像反映组织的粘弹特性。项目开展以来：（1）研制搭建了由调制连续激光激发，高灵敏聚焦超声换能器和锁相放大器接收的光声弹性成像系统，记录受迫光声信号的幅值强度和相位信息，研究相位延时反投影算法和双参数图像融合处理技术，实现了光声粘弹成像技术；（2）在此基础上开展新对比原理的光声组织弹性成像的应用基础研究，特别是开展了对血管内斑块表面的粘弹特性研究，以求实现斑块纤维化的早期诊断；（3）项目还创新性地将光声吸收成像和光声弹性成像双结合，同时采集光声信号的强度及相位信息，此方法在同一成像模态系统下，获得两种物理参数的信息，开创光声成像技术在生命科学中新的应用方向和研究领域。.项目执行3年以来不仅完成了既定研究任务，还在理论和实验系统上开拓了新的研究和应用技术方向。目前项目已完成了光声定量的弹性和粘性成像的理论建模，正进行实验验证；原创性的光声吸收与粘弹双模成像系统也在往临床样机上研制当中。项目到结题为止总共发表研究论文22篇，其中SCI收录17篇（影响因子大于3.0的12篇），包括国际知名的顶尖专业期刊Journal of the American College of Cardiology (IF 15.35), Optics Letters (IF 3.179), Optics Express (IF 3.535)等，获相关的国家发明专利7项；在国际国内学术会议上做邀请报告8个；同时项目负责人也获得2012年度教育部高等学校科学研究优秀成果奖（自然科学类）二等奖（排名第三）。