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中国激光 2023年第3期50卷 31-48页

作者：章辰高玉峰叶世蔚李慧郑炜深圳信息职业技术学院信息与通信学院广东深圳518172 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究中心广东深圳518055

光学显微镜是生物医学研究必不可少的工具,其中双光子显微成像技术具有大深度三维显微成像功能,被认为是深层生物组织研究的首选工具。但是,在双光子成像系统使用过程中,光学系统的装配偏差、光学元件不理想以及生物样品的不均匀性都会... 详细信息

光学显微镜是生物医学研究必不可少的工具,其中双光子显微成像技术具有大深度三维显微成像功能,被认为是深层生物组织研究的首选工具。但是,在双光子成像系统使用过程中,光学系统的装配偏差、光学元件不理想以及生物样品的不均匀性都会在成像过程中引入像差,从而降低成像质量。通过在双光子显微成像系统中引入自适应光学技术,可实现对像差的有效校正,从而提高成像的分辨率、深度和视场。介绍了双光子显微成像中的像差来源和特点,概述了自适应光学技术中不同的探测和校正方法,综述了近年来自适应光学技术在双光子显微成像中不同的应用成果,最后对自适应光学在双光子显微成像中的发展进行了展望。

关键词：生物光学双光子显微成像自适应光学波前像差波前校正

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合成孔径技术在光声成像中的应用

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激光与光电子学进展 2022年第6期59卷 115-126页

作者：雷天成高蓉康刘成波中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室广东深圳518055

光声成像综合了光学成像和超声成像的优点,在具备声学穿透深度的同时,保留了光学丰富对比度。在声学分辨率光声成像(AR-PAM)中,为了获得高成像质量,通常采用大数值孔径的聚焦性超声探头。然而由于探头的焦深有限,在离焦区域,光声图像的... 详细信息

光声成像综合了光学成像和超声成像的优点,在具备声学穿透深度的同时,保留了光学丰富对比度。在声学分辨率光声成像(AR-PAM)中,为了获得高成像质量,通常采用大数值孔径的聚焦性超声探头。然而由于探头的焦深有限,在离焦区域,光声图像的横向分辨率和信噪比会显著降低。基于虚拟点的合成孔径技术,有助于解决AR-PAM在失焦区域横向分辨率下降的问题。目前,AR-PAM合成孔径聚焦技术已经发展了多种算法,包括一维合成孔径聚焦、二维合成孔径聚焦、自适应合成孔径聚焦、基于空间脉冲响应的合成孔径聚焦,以及基于延迟相乘和的合成孔径聚焦等。本文对这些算法的优缺点进行评价总结,并展望了其在未来发展中的前景。

关键词：医用光学声学分辨率光声显微成像虚拟点探测器合成孔径聚焦技术横向分辨率信噪比

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声学分辨的双侧激发光声显微成像技术

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中国激光 2022年第15期49卷 55-62页

作者：曾思略刘良检陈涛方驰华刘成波郑海荣中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室广东深圳518055 中国科学院深圳先进技术研究院劳特伯生物医学成像研究中心广东深圳518055 南方医科大学珠江医院肝胆一科广东广州510282

声学分辨率光声显微技术具有较高的光学对比度和声学分辨率以及大穿透深度等优势,是一种具有广阔应用前景的生物医学成像技术。聚光镜聚焦与单侧侧面激发等传统的激发方式具有光斑不均匀、存在光学热噪点、光能利用率低等不足,在一定程... 详细信息

声学分辨率光声显微技术具有较高的光学对比度和声学分辨率以及大穿透深度等优势,是一种具有广阔应用前景的生物医学成像技术。聚光镜聚焦与单侧侧面激发等传统的激发方式具有光斑不均匀、存在光学热噪点、光能利用率低等不足,在一定程度上限制了声学分辨率光声显微技术的临床前和临床应用。本团队通过改进声学分辨率光声显微镜的激发方式,由单侧激发改为双侧激发,提升了成像过程中光束对复杂生物组织的覆盖面积,从而提升了成像质量。结果表明,双侧激发方式使得声学分辨率光声显微镜在复杂生物样品成像过程中可以获得更高的对比度和信噪比,成像性能更好。

关键词：生物光学光声显微成像声学分辨率双侧激发

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双光子荧光寿命成像在肿瘤诊断研究中的应用

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中国激光 2018年第2期45卷 133-146页

作者：李慧夏先园陈廷爱余佳李曦郑炜中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室广东深圳518055 北京大学深圳医院消化内科广东深圳518036

双光子荧光寿命成像技术在对生物组织进行高分辨三维成像的同时能获得生物组织的生化特性信息,实现结构和功能的精细定量表征,为生物组织的非侵入、无标记、活体成像提供了一种强有力的工具。该技术在肿瘤检测方面具有广阔的临床应用前... 详细信息

双光子荧光寿命成像技术在对生物组织进行高分辨三维成像的同时能获得生物组织的生化特性信息,实现结构和功能的精细定量表征,为生物组织的非侵入、无标记、活体成像提供了一种强有力的工具。该技术在肿瘤检测方面具有广阔的临床应用前景,已成为当前生物医学领域研究的热点之一。首先简要介绍了双光子荧光寿命的概念和常用检测方法;其次,结合课题组开展的胃癌和神经胶质瘤诊断等相关研究成果,详细介绍了双光子荧光寿命成像技术在消化道肿瘤、脑肿瘤及皮肤癌等肿瘤检测方面的最新研究进展;最后展望了该技术在未来临床应用中的潜在优势和可能面临的挑战。

关键词：生物光学双光子显微成像荧光寿命成像肿瘤诊断自发荧光

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新型声学分辨率光声显微镜系统照明设计

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中国激光 2016年第2期43卷 116-123页

作者：曾光石岩宋亮刘成波中国计量学院光学与电子科技学院浙江杭州310018 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室广东深圳518055

声学分辨率光声显微镜探测深度可达厘米量级,已有声学分辨率光声显微镜照明方式的主流设计方案在明场、暗场照明方式切换,光能利用率等方面仍存在不足,在一定程度上限制了声学分辨率光声显微镜系统的应用范围。提出了一种能够提高光能... 详细信息

声学分辨率光声显微镜探测深度可达厘米量级,已有声学分辨率光声显微镜照明方式的主流设计方案在明场、暗场照明方式切换,光能利用率等方面仍存在不足,在一定程度上限制了声学分辨率光声显微镜系统的应用范围。提出了一种能够提高光能利用率,可实现明场、暗场照明切换并增大调节范围的声学分辨率光声显微镜系统设计,利用凸透镜对光束的会聚功能,对发散环形光束产生一定程度的聚焦,减小环形光束的环带尺寸。蒙特卡罗模拟结果显示,最终入射在组织表面的光斑直径得到有效减小,组织中超声换能器有效探测区域的光能流量分布最多可增强6倍,因此光声信号强度也相应地得到线性增强;与此同时,凸透镜的加入还增加了系统光聚焦深度的调节范围,在超声换能器聚焦深度不变的情况下,调节系统的光聚焦深度,有助于在不同样品中获得最佳的光声信号强度。

关键词：医用光学光声显微成像蒙特卡罗模拟声学分辨率

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透射共轴式光声消化内窥成像系统

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光学精密工程 2020年第1期28卷 69-79页

作者：王柏权陈宁波张建辉龚小竞中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室广东深圳518055 广州大学机械与电气工程学院广东广州510006

光声成像作为一种既能提供光学高对比度又能实现声学大成像深度的新兴医学影像技术,可通过对肿瘤滋养血管的三维成像,为癌症的早期诊断提供一种全新的高灵敏检测方法。本文针对消化道肿瘤的临床成像需求,提出了一种内部光激发、外部声... 详细信息

光声成像作为一种既能提供光学高对比度又能实现声学大成像深度的新兴医学影像技术,可通过对肿瘤滋养血管的三维成像,为癌症的早期诊断提供一种全新的高灵敏检测方法。本文针对消化道肿瘤的临床成像需求,提出了一种内部光激发、外部声探测的透射共轴式光声消化道内窥成像系统,并通过仿体与离体生物组织的成像实验,与现有的反射非共轴式光声内窥成像系统的成像性能进行了对比。实验结果表明,在仿体样品中,透射共轴式光声内窥成像系统的信噪比相对反射非共轴式系统最高提高了43.3 dB,成像深度增大了28.4%;而离体生物组织中,在10.7 mm深处,其信噪比也提高了9.7 dB。实验验证了本设计有效提高了光声信号的探测灵敏度,使该系统相较现有反射式系统具备更优的成像信噪比和成像深度,为光声消化道内窥技术推向临床提供了一种具有重要应用潜力的实施方法。

关键词：光声内窥成像消化道内窥成像透射共轴式反射非共轴式滋养血管

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结构光照明超分辨光学显微成像技术与展望

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中国光学 2018年第3期11卷 307-328页

作者：陈廷爱陈龙超李慧余佳高玉峰郑炜中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室广东深圳518055 睿芯生命科技(深圳)有限公司广东深圳518067

结构光照明显微镜(Structured Illumination Microscopy,SIM)通过结构化照明在频率域以空间混频的方式将物体高频信息载入光学系统的探测通带内实现突破衍射极限的超分辨光学显微成像。SIM凭借其较低的激发光强、对荧光染料的非特异性... 详细信息

结构光照明显微镜(Structured Illumination Microscopy,SIM)通过结构化照明在频率域以空间混频的方式将物体高频信息载入光学系统的探测通带内实现突破衍射极限的超分辨光学显微成像。SIM凭借其较低的激发光强、对荧光染料的非特异性需求以及快速的宽场成像优势已成为活细胞超分辨光学显微成像方面应用最多的技术。本文系统回顾了SIM的技术进展,对SIM的基本原理与实现方法进了详细的分析,重点介绍了本课题组研发的基于光谱分辨的单光子激发超分辨显微镜和结合自适应光学的双光子激发超分辨显微镜这两种最新的SIM技术,最后简要讨论了SIM技术在生物成像中的应用及未来发展方向。

关键词：超分辨成像结构光照明显微镜光学传递函数

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利用波前调制技术提升光透明样品的双光子成像分辨率

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中国激光 2017年第1期44卷 245-252页

作者：高玉峰夏先园李慧郑炜哈尔滨工业大学深圳研究生院电子与信息工程学院广东深圳518055 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室广东深圳518055

组织光透明技术结合双光子显微成像(TPM)技术能够有效提升生物样品的显微成像深度,然而现有的光透明剂与常用显微物镜的浸润介质折射率并不匹配,会引入球差从而降低深层组织成像的荧光强度和分辨率。针对该问题分析了球差对TPM荧光强度... 详细信息

组织光透明技术结合双光子显微成像(TPM)技术能够有效提升生物样品的显微成像深度,然而现有的光透明剂与常用显微物镜的浸润介质折射率并不匹配,会引入球差从而降低深层组织成像的荧光强度和分辨率。针对该问题分析了球差对TPM荧光强度和分辨率的影响,建立了由物镜特性(数值孔径和浸润介质)、聚焦深度和物体折射率等参数构成的球差补偿模型,进而指导空间光调制器进行球差补偿。对荧光小球仿体样品和光透明脑组织样品的双光子成像结果显示,该球差补偿方法能显著提升样品信号量和系统纵向分辨率。另外,该方法在校正过程中无需多次成像,操作简单且耗时短,对光透明剂和显微物镜无特殊要求,具有较强的通用性。

关键词：双光子显微成像自适应光学技术组织光透明技术像差矫正

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光声显微成像技术的研究进展

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数据采集与处理 2019年第5期34卷 771-788页

作者：张建辉陈宁波王柏权刘成波龚小竞广州大学机械与电气工程学院广州510006 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室深圳518055

光声成像作为一种兼具高光学对比度和大超声探测深度的新兴成像方法,突破了传统光学成像技术分辨率与成像深度相互制约的壁垒,获得了空前快速的发展,其中,光声显微成像技术继承了光声成像技术的优点,采用声学或光学聚焦的成像模式,可以... 详细信息

光声成像作为一种兼具高光学对比度和大超声探测深度的新兴成像方法,突破了传统光学成像技术分辨率与成像深度相互制约的壁垒,获得了空前快速的发展,其中,光声显微成像技术继承了光声成像技术的优点,采用声学或光学聚焦的成像模式,可以实现高对比度、高分辨率的生物组织结构、分子与功能成像,在神经学、眼科、血管生物学和皮肤学等研究领域具有潜在应用价值。为此,首先介绍了光声成像技术的原理和分类,然后围绕光声显微成像(Photoacoustic microscopy,PAM)技术这一主题,重点综述了新型PAM技术的发展情况、PAM焦深(Depth of focus,DoF)延拓技术以及PAM的生物医学应用。最后,总结了PAM技术发展存在的挑战,并对未来发展方向进行了展望。

关键词：医用光学光声成像光声显微成像生物医学

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一种高重复频率激发电路下的高速超声内窥成像系统

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数据采集与处理 2021年第5期36卷 891-897页

作者：张建辉杨冠宇牛超君龚小竞舒承有张帆桂珍珍广州大学机械与电气工程学院广州510006 中国科学院深圳先进技术研究院生物医学光学与分子影像研究室深圳518055

光学相干层析?血管内超声联合(Optical coherence tomography intravascular ultrasound,OCT?IVUS)成像技术能同时弥补光学相干涉成像的低成像深度与超声成像的低分辨率,能够较为全面地进行血管内的易损斑块识别,但受血管内超声(Intrava... 详细信息

光学相干层析?血管内超声联合(Optical coherence tomography intravascular ultrasound,OCT?IVUS)成像技术能同时弥补光学相干涉成像的低成像深度与超声成像的低分辨率,能够较为全面地进行血管内的易损斑块识别,但受血管内超声(Intravascular ultrasound,IVUS)技术超声激发重复频率限制,OCT?IVUS成像难以在高帧率成像的同时获得高成像线数,从而影响显示分辨率。为提升IVUS成像速度,同时不降低图像显示的分辨率,尝试应用高重频超声激发技术的方法解决这一难题。本文设计了一种50 kHz的高重频超声激发电路,并在此设计基础上研制了一种50 f/s的高速超声内窥成像系统;进而对系统性能进行测试。激发电路高压脉冲测试以及信噪比(Signal noise ratio,SNR)测试结果表明:激发电路可用于25 MHz超声换能器的激发,具有较高的SNR;应用此激发电路所研制的超声内窥成像系统能够在不降低显示分辨率的前提下提高成像速度,该系统技术能有效检出易损斑块,促进OCT?IVUS的临床应用,对心血管疾病的早期发现、诊断和预防具有一定价值。

关键词：超声成像超声激发高速成像血管内超声成像光学相干层析?血管内超声联合成像

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