Page 22 - 《应用声学》2021年第1期

18 2021 年 1 月

种手段仅适用于较大尺度组织。超声共振法是另一 光声成像技术实现对组织微结构特征的非侵入性
个常用的弹性检测的技术，但它往往要利用接触式 检测。其中，微结构的数量密度参数，是从光声信
换能器激发待测物的机械共振，并利用接触式换能 号时域上的包络统计分析获得的；而微结构的尺寸
器或光学技术检测物体的振动信息，其中的光学技 与弹性则是通过对光声信号功率谱的分析得到，其
术虽然是非接触式的，比如激光多普勒干涉仪，但 差异在于弹性参数与样品的本征振动信息相关，故
如果待测目标浸在浑浊的媒介中 (生物组织普遍符 在功率谱分析时只对尾波进行处理。同时，弹性是微
合这一情况)，光的强散射就会限制它的应用。此外，
这种办法需要把样品切割成特定的形状，所以超声 1.5
共振法并不适合用于非均匀的生物活体组织。原子 1.0
力显微镜可以提供高精度的局部弹性检测，但是，它
0.5
仅局限于表面或者亚表面的检测。
最近，通过测量弹性光吸收物体产生的光声信 ηՂूए/V 0
号，人们发现了光声本征振动现象 [72] 。当弹性光 -0.5
吸收体被脉冲激光照射时，弹性体会吸收光能并由
-1.0
于热弹效应释放出超声波。当激光照射撤去后，弹
性体由于惯性和弹性会持续振动一段时间并持续 -1.5
20 30 40 50 60 70
向周围组织发出超声波，如图 7(a) 所示。由于弹性 ௑ᫎ/µs
体在此阶段处于自由振动状态，其振动模式和弹性 (a) ఃʹ༏ԧᄊАܦηՂฉॎ
体的本征振动模式相关，而辐射的超声波的频谱则 10
-15 dB
和弹性体的本征振动频率有关，也就是说光声信号
8
里包含了弹性体的本征振动信息。由于本征振动模
式和本征频率取决于弹性参数，所以通过分析光声 6
信号的频谱特性，还可以反演微结构的弹性特性。 ᮠဋ/MHz
通过利用这个办法对各种材料的弹性参数的成功 4
测量，证明了光声本征谱理论的正确性和应用潜
2
力 [72−74] 。
-150 dB
相比于其他弹性检测方法，光声本征谱法有其 0 10 20 30 40 50 60 70
独特的优势。首先，它可以一次测得样品的所有弹 ௑ᫎ/µs
性参数，无需对样品进行特定方向的切割；第二，这 (b) ࠫАܦηՂᄊ௑ᮠѬౢ
个方法完全是非接触式的，无论是振动的激发还是 1.2
信号的检测，都无需接触被测样品；第三，不同于激 1.2085 1.6315 0.25 0.3845
1.0 2.0691 2.9663 0.20
光超声法 [75] ，这种方法检测的是从振动样品向外辐 2.4628 0.15
射的超声信号，而不是直接检测振动样品表面的位 0.8 2.0306 0.10 0.2307
0.05
移。这些特点使得这种方法适用于稀有的、易碎的 ॆʷӑАܦҪဋ៨ 0.6 0.8240 0.9796 1.018 1.1389 2.3932 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
和小型的样品，尤其是当样品浸在浑浊的以及不透 0.4 0.5402 1.5546 2.6202 3.4332 3.9093 4.8486
明的液体媒质中的情形，这给检测生物组织不同区 0.2 0.3845 4.366
域的弹性差异提供了新的可能。 0
0 1 2 3 4 5
传统的光声成像技术的对比度来源于组织的 ᮠဋ/MHz
光吸收特性，但光声信号的激发、传播过程涉及光 (c) ႀАܦηՂѬౢ४҂ᄊАܦవढ़Ҫဋ៨
学、热学、力学等多种物理效应，因此光声成像具有
图 7 对钙钛矿晶体 MAPbBr 3 的光声本征谱分析 [74]
检测组织多种参数的优势。本文详细讨论了通过检 Fig. 7 Photoacoustic spectrum analysis of perovskite
测组织微结构的尺寸、数量密度、弹性，利用多种 MAPbBr 3 [74]