硬核科普：光声成像系统

今天分享一篇光声成像技术科普文，文章围绕功能简介、技术原理、技术优势、应用场景、未来展望等展开。

本文转载自 深圳博锐创科技有限公司微信公众号

光声成像技术是将光学成像和超声成像的优势结合起来形成的一种新型成像技术，它具有高分辨率、成像速度快、成像深度大等优势。作为科研工具搭建的光声成像系统，基于系统的开放性，可以进行定制化光路设计以提高信号信噪比，同时基于FPGA高速数据采集与控制系统，完成信号采集，实时处理与实时图像重建，大大优化成像质量与成像速度。

光声成像技术结合了光学和声学的原理，利用激光脉冲对样品进行照射，样品吸收激光能量后会在短时间内发生热膨胀并产生声波信号。这些声波信号可以被探测器捕获并转换为图像，形成光声图像。相比于传统的成像技术，光声成像技术具有成像深度大、分辨率高、成像速度快、对生物组织影响小等优点。因此，光声成像技术在生物医学、材料科学、化学等领域得到了广泛的应用。

光声成像技术以其 非侵入性、高分辨率、成像深度大 等特点，相对于传统的成像技术具有很多优势。同时可以快速实时成像、多模态成像，根据实际需要进行成像深度和成像模式的调节，满足于不同的实验和临床应用场景，为研究人员和医生提供实时的生物组织信息，进而形成全面专业的治疗监测和手术引导。

光声成像技术在医学、材料科学、化学等领域都有广泛的应用。在医学上，光声成像技术可以用于疾病诊断、手术导航、药物研发等方面；在材料科学上，光声成像技术可以用于材料成像、缺陷检测、化学反应监测等方面；在化学领域中，光声成像技术可以用于化学反应动力学研究、化学成像等方面。

系统主要包含以下几个部分：

（1）激光系统

激光系统是光声成像系统的核心组成部分之一。它通常采用纳秒脉冲激光器，能够产生高能量、短脉冲宽度的激光光束，通过选择不同的波长，可以对不同深度的组织产生吸收和声发射信号。

（2）光声探测器

光声探测器是另一个核心组成部分，用于接收由激光系统产生的声波信号。它通常包括一个高灵敏度的超声传感器和一个光学探测器。当组织吸收激光光子产生声波时，超声传感器可以检测到声波信号并将其转换为电信号，然后由光学探测器进行信号放大和处理。

（3）光路系统

光路系统包括激光光源、透镜、光学纤维等光学元件，用于将激光光束聚焦到被测样品上，并收集产生的声波信号。它还包括一些光学附件，如准直器、光斑扩展器等，用于优化成像质量。

（4）带FPGA的控制系统

控制系统为NI的PXIe平台，其中NI的高速采集卡用于接收和处理光声信号，并将其转换为可视化图像。 该控制系统可以进行信号滤波、去噪、成像重建等处理，以提高成像质量和可靠性。同时，它还可以对数据进行存储和管理，以备后续分析和处理。

通过该高速采集卡的开放的FPGA资源，可以同步扫描和激光器，实现高效的数据采集和图像重建。基于FPGA实时处理能力，完成时序控制、数据采集以及信号处理，并进行数据重建。通过滤波器、放大器和延迟优化回波信号，进一步提升图像质量，最终可以显著改善原始信号的对比度，使成像结果更加清晰可靠。

上图即博锐创系统采集到的原始信号，具备优良的信号对比度。

系统名称：可切换式光学/声学分辨率的显微成像系统

成像波长：532nm & 1064nm（可定制）

横向分辨率：25um@光学分辨率显微镜，50um@声学分辨率显微镜

轴向分辨率：45um@光学和声学分辨率显微镜

成像深度：900nm@光学分辨率/532nm，3mm@声学分辨率/532nm

扫描速度：25秒/帧分辨率500*500扫描行程10mm（音圈电机10mm扫描频率10Hz）

系统外观图

特色功能：模块化可切换式，声学/光学双分辨率成像模块

简介：对于研究人员来说，根据不同的样品可能会产生不同的功能性的要求。某些场景需要大深度的样品成像需求，这时候往往就不需要很高的分辨率。另外一些应用场景需要分辨率很高，深度不是特别大成像需求。我们根据这些需求设计推出了一个可切换式的光声或声学成像系统模块。我们的模块有一些特殊的功能，我们将声学和光学的探头以及放大模块都整合在一个模块里，进行良好的设计和屏蔽，使其变成一个封闭式的模块。如图3所示，该模块可以产生高质量的光声信号，并容易切换。其描述会在接下来的专栏进行详细介绍。

下图是声学分辨率显微成像系统扫描含“博”的黑胶带的成像效果图

随着光声成像技术在各个领域的不断发展，其必将会有更广泛的应用。未来，博锐创光声成像系统也将不断优化，包括成像速度、分辨率、成像深度和成像质量等方面的提高，同时还将结合其他技术和方法，如人工智能、纳米技术、生物标记物等，来进行更精准的成像和诊断。依托于光声成像系统能在未来有着更为广阔的发展前景和应用潜力，博锐创也将进一步改善和优化该系统，以期使其成为一种高价值的医学和科学研究工具，为生命健康和科学发展保驾护航。