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生物醫學(xué)是綜合醫學(xué)、生命科學(xué)和生物學(xué)的理論和方法而發(fā)展起來(lái)的前沿交叉學(xué)科，基本任務(wù)是運用生物學(xué)及工程技術(shù)手段研究和解決生命科學(xué)，特別是醫學(xué)中的有關(guān)問(wèn)題。下面，小編為大家分享生物醫學(xué)的相關(guān)論文，希望對大家有所幫助!
摘要：多參量光聲成像是一種新型復合成像技術(shù)，兼具聲學(xué)成像與光學(xué)成像的特點(diǎn)。本文就多參量光聲成像技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行分析，并針對該種技術(shù)在生物醫學(xué)領(lǐng)域中的應用優(yōu)勢、不足展開(kāi)分析。
關(guān)鍵詞：多參量光聲成像;生物醫學(xué)領(lǐng)域;應用
光聲成像是近年來(lái)誕生的一種新型復合成像技術(shù)，是借助光聲效應產(chǎn)生而來(lái)，光聲效應的聲信號即光聲信號，其強度是由力學(xué)、光學(xué)、運動(dòng)學(xué)、熱學(xué)等特征來(lái)決定的，光聲成像具有聲學(xué)成像與光學(xué)成像的優(yōu)勢，在生物醫學(xué)領(lǐng)域的應用已經(jīng)非常成熟，取得了理想的成果。
1光聲成像的優(yōu)勢
光聲信號產(chǎn)生的基本原理是：當用短脈沖激光照射吸收體時(shí)，吸收體中的分子吸收光子后，當滿(mǎn)足一定的條件時(shí)，吸收體分子的電子從低能級躍遷到高能級而處于激發(fā)態(tài)，而處于激發(fā)態(tài)的電子極不穩定，當電子從高能級向低能級躍遷時(shí)，會(huì )以光或熱量的形式釋放能量。在光聲成像應用中通常會(huì )選擇合適波長(cháng)的激光作為激發(fā)源，使吸收的光子的能量轉化為熱能的效率最大，通常從光能轉化為熱能的效率可達到90%以上。釋放的熱量導致吸收體局部溫度升高，溫度升高后導致熱膨脹而產(chǎn)生壓力波，這就是光聲信號。與聲學(xué)成像相比，光聲成像利用了光吸收系數，在化學(xué)成分的分析方面，有著(zhù)獨特的優(yōu)勢。其中，聲波能夠獲取物體的彈性參量、密度等力學(xué)特征，應用在生物體中，可以將生物體的功能信息、生理結構等清晰地反映出來(lái)。與光學(xué)成像相比而言，光聲成像對于組織有著(zhù)非常高的分辨率，光學(xué)成像往往只能夠得出組織表層1mm深度左右的高質(zhì)量圖像，如果深度偏高，分辨率就會(huì )大受影響，與之相比，聲波的散射強度更小，在生物組織中的傳播有著(zhù)低散射、低耗散的優(yōu)勢，空間分辨率的成像深度非常理想。此外，光聲成像在生物醫學(xué)領(lǐng)域中的應用更加安全，該種成像方式應用的是激光、微波照射法，與X射線(xiàn)、CT相比，更加安全，只需要很少的電磁輻射能量，即可獲取到理想的光聲信號，避免對生物組織造成熱損傷。
2多參量光聲圖像在生物醫學(xué)領(lǐng)域中的應用分析
2.1多尺度成像
多參量光聲圖像可以得出深層組織圖像，還能夠利用圖像參量來(lái)實(shí)現多尺度成像，揭示出生物體的功能與結構信息。所參量光聲圖像的成像效果，與組織的生理功能、光吸收系數有著(zhù)密切的關(guān)系，在應用的過(guò)程中，需要根據各個(gè)組織的成分來(lái)合理選擇電磁波波長(cháng)，選擇性針對組織中的成分進(jìn)行分析，得出解剖、代謝、分子、功能、基因方面的信息。如，DNA、RNA的紫外線(xiàn)吸收能力較強，利用紫外線(xiàn)作為激發(fā)光源，即可獲取到高對比度圖像。在臨床醫學(xué)中，如果細胞核形態(tài)存在異常，也就說(shuō)明，癌細胞DNA復制發(fā)生障礙，因此，該種診斷方式對于早期癌癥的診斷有著(zhù)重要的意義;血紅蛋白主要吸收可見(jiàn)光頻段電磁波，利用光聲成像，可以獲取到關(guān)于血液系統的高對比圖像;油脂、水等對于近紅外段電磁波與微波段吸收情況良好，利用近紅外激光、微波作為光源，可以快速分析出其中的異常聚集問(wèn)題。在生物組織中，每一種化學(xué)成分的光吸收特性都是不同的，在診斷過(guò)程中，可以借助多波長(cháng)激光照射組織來(lái)獲取相關(guān)信息，通過(guò)定性分析與定量分析相結合的方式得出生物組織各項化學(xué)組分信息，利用波長(cháng)與電磁波吸收特性，既可以分析出血紅蛋白含量，還可以獲取到脫氧血紅蛋白與氧合血紅蛋白的相對含量，分析出血氧飽和度。血紅蛋白是生物體內的重要載體，可以直接反映出生物的新陳代謝過(guò)程，這對皮膚疾病、腦血管疾病、腫瘤的早期診斷，有著(zhù)重要的意義。
2.2生物組織黏彈特征
此外，借助多參量光聲成像，還可以檢測出生物組織黏彈特征，在檢測時(shí)，需要使用連續激光照射樣本，得出組織黏彈參數，利用光聲信號相位與強度，獲取到最終的檢測信息，與光吸收特性相比而言，該種方式從力學(xué)角度反映出組織硬度、血液粘稠度，可以直接計算出組織生物力學(xué)系數與光學(xué)參量，為診斷提供可靠的信息指導，在心血管疾病、腫瘤的早期診斷上，有著(zhù)突出的作用。
2.3溫度分布情況
多參量光聲成像還能夠反映出溫度的分布情況，光聲信號強度與光吸收系數是密切相關(guān)的，與媒介系數為正比關(guān)系，在媒介溫度升高之后，媒介系數也會(huì )相應升高，因此，利用該種系數可以反映出具體的光聲圖像。數據顯示，在每升高1℃，光聲升壓會(huì )增高5%。借助光聲成像，可以直接得出溫度系數，靈敏度高達0.16℃，能夠檢測出絕對溫度值，準確度非常高。光聲成像還可以借助光聲多普勒效應與光聲信號之間的關(guān)系來(lái)得出血流速度的相關(guān)信息，檢測出信號多普勒頻移，借助這一原理，可以滿(mǎn)足血流速度精細成像的要求，根據相關(guān)數據，得出低速流體信息。
2.4紅細胞形態(tài)特征
借助多參量光聲信號的功率頻譜參數，還可以得出亞波長(cháng)微結構信息、細胞形態(tài)、聲學(xué)功率譜特性測出紅細胞形態(tài)特征，鑒別早期血栓與癌細胞的形成。根據研究實(shí)驗顯示，針對窄帶低頻光聲呈現系統的信號進(jìn)行分析，可以鑒定出亞波長(cháng)尺寸微結構信息，以頻譜斜率作為參數，計算出亞波長(cháng)尺寸結構。在生物組織之中，存在大量的微米量級微結構，如紅細胞、微鈣化斑點(diǎn)、黑素瘤等等，借助多參量光聲成像，能夠為相關(guān)疾病的診斷提供有價(jià)值的信息。此外，借助于物化譜參量呈現技術(shù)，可以將聲學(xué)功率譜與光學(xué)吸收譜分析相結合，得出組織的化學(xué)特征與物理特征，該種分析方式為物化譜分析法(Physio-chemicalspectrum)，在分析時(shí)，需要先利用不同波長(cháng)激光脈沖進(jìn)行照射，得出帶有組織化學(xué)成分信息的聲學(xué)功率譜，計算出一維功率譜，將亮相參數結合起來(lái)，即可獲取到組織的二維物理化學(xué)譜。物理化學(xué)譜可以清晰地反映出組織的微結構特征與物理化學(xué)成分，得出組織特異化標簽。
3多參量光聲成像的應用分析
多參量光聲成像不僅具有深分辨率高的優(yōu)勢，也具備信息敏感、成像對比度高的優(yōu)勢，可以從血液流速、組織力學(xué)、溫度分布、生化組分、微結構特性來(lái)分析生物的功能、解剖、基因、分子、代謝信息，選擇適宜的工作頻率和成像模式，可以達到納米級的分辨率，深度也能夠達到50mm。多參量光聲成像技術(shù)的應用滿(mǎn)足了生物醫學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展需求，有著(zhù)非常大的應用潛力。但是，畢竟多參量光聲成像屬于新型技術(shù)，在應用的過(guò)程中，還有一些難題需要突破。首先，該種技術(shù)的理論是建立在生物組織聲學(xué)特征均勻的基礎上，如果組織的聲學(xué)特征不均勻、分布復雜，必然會(huì )影響應用效果。在人體組織中，空穴、骨骼的聲阻抗是存在差異的，容易致使聲傳播出現反射和散射的問(wèn)題。其次，雖然多參量光聲成像的深度已經(jīng)達到了50mm，但是對于更深組織成像，還具有局限性，這也是下一階段需要重點(diǎn)解決的問(wèn)題。
參考文獻
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