基于光声喇曼效应的光声显微成像技术的研究

针对目前光声显微术特异性成像能力差、无法实现生物组织分子成像的技术难题，提出了一种基于非线性光声喇曼效应的新型光声喇曼显微术。采用光谱分辨率高、具有分子识别能力的光声喇曼光谱，代替光谱分辨率低、没有特征识别能力的线性吸收光谱进行光声显微成像，可以极大提高光声显微术的特异性成像能力，用于生物组织的功能成像；利用光声喇曼效应的非线性空间局域特性来提高光声显微术的空间分辨率，可是实现超分辨率光声显微成像，用于亚细胞水平的喇曼光谱成像；采用分子激发代替组织的线性光吸收，可以实现生物组织的光声分子成像，而且这种分子成像无需外源性的分子探针或造影剂，仅利用组织内源性的光谱差异和特征分子进行成像，是一种兼具特异性和广谱性的分子影像技术，可以在分子水平研究疾病的发生、发展过程，在疾病的早期诊断和临床个性化治疗方面具有重要意义。

光声显微成像（PAM）是近几年发展起来的一种高分辨率、高对比度的三维成像技术，用“光激发—超声探测—图像重建”的方法进行成像，与其他三维光学成像技术相比，具有较大穿透深度、图像对比度高、图像分辨率高等特点，因为PAM是利用生物组织的光吸收系数进行成像，而生物组织的光吸收系数变化与其生物学行为（如代谢、代谢亢进、病变、突变、凋亡等）有关，故可实现生物组织的功能成像，但由于线性吸收光谱的光谱分辨率很低，再加上生物组织在可见光和红外波段很少有特征吸收峰（细胞黑色素和血红蛋白除外），因而其光吸收系数差异并不大，导致PAM的特异性成像能力很差，还很难广泛应用于组织的功能成像和疾病诊断。.针对目前光声显微术特异性成像能力差、无法实现弱吸收生物组织光声成像的技术难题，提出了一种多参量共模光声显微成像技术的方法。主要完成了以下几方面的工作：（1）发展了非线性双光子光声效应的新型非线性光声显微术。在研制了高探测灵敏度的多探元同步并行采集微腔光声探测器基础上，采用具有分子识别能力的双光子光声成像技术，可以有效提高光声显微术的特异性成像能力；采用分子激发代替组织的线性光吸收，实现生物组织的分子光声成像，这种分子成像技术无需外源性的分子探针或造影剂，仅利用组织内源性的特征分子进行成像，在分子成像领域具有重要意义。（2）发展了散射光声显微成像技术。针对目前光声成像技术无法对弱吸收样品进行光声成像的技术难题，本课题组提出了通过测量样品的光散射系数，间接测量弱吸收样品光吸收系数的新方法，进而实现了弱吸收样品的光声显微成像。我们首先设计研制成功高灵敏度的散射光声探测器，用于测量由生物组织的散射光产生的光声信号，然后用散射光声信号进行图像重建，获得生物组织的散射光声图像，在此基础上，利用互补原理，获得弱吸收生物组织的光声图像。（3）发展了非接触光声OCT三维显微层析成像技术，用低相干光干涉法测量光声效应导致的样品表面位移，代替声压探测，摆脱了传统PAI成像技术对声耦合介质的依赖，实现了非接触光声探测及成像。.这种多参量共模光声显微成像技术，既具有分子水平上的特异性成像能力，又克服了传统光声显微成像在应用上的不足，在生物医学上，对疾病的早期诊断和临床个性化治疗方面具有重要意义。