Page 23 - 《应用声学》2021年第1期

第 40 卷 第 1 期 张涛等： 基于光声成像的生物组织微结构定征研究进展 19

结构的宏观属性，与微结构的尺寸、数量密度息息 view of technology and methodological procedures[J]. The
相关，例如，乳腺肿瘤区域的血管数量密度异常增 British Journal of Radiology, 2017, 90(1070): 20160665.
[2] Cocosco C A, Zijdenbos A P, Evans A C. A fully
大，其弹性较大 [13] 。可以得到启发，通过对组织进
automatic and robust brain MRI tissue classification
行多维度参数的表征，可以大大丰富组织分类信息， method[J]. Medical Image Analysis, 2003, 7(4): 513–527.
进而提高组织分类的准确度。 [3] Oliver A, Freixenet J, Marti R, et al. A novel breast tissue
density classification methodology[J]. IEEE Transactions
on Information Technology in Biomedicine, 2008, 12(1):
3 展望
55–65.
[4] Rezakhaniha R, Agianniotis A, Schrauwen J T C, et al.
近二十年来，由于光声成像技术的诸多优点和 Experimental investigation of collagen waviness and ori-
其巨大的生物医学应用潜力，关于光声技术的研究 entation in the arterial adventitia using confocal laser
一直得到各国研究团队的高度重视。本文介绍了光 scanning microscopy[J]. Biomechanics and Modeling in
Mechanobiology, 2012, 11(3/4): 461–473.
声成像的物理基础，以及光声显微镜和光声计算机 [5] Helmchen F, Denk W. Deep tissue two-photon mi-
断层成像这两种主要的光声成像实现方案，并且讨 croscopy[J]. Nature Methods, 2005, 2(12): 932–940.
[6] Katz O, Small E, Silberberg Y. Looking around corners
论了它们在成像深度和成像分辨率上性能的差异。
and through thin turbid layers in real time with scat-
最后介绍了根据光声信号对组织微结构特征评估 tered incoherent light[J]. Nature Photonics, 2012, 6(8):
的研究。 549–553.
[7] Wang L V, Hu S. Photoacoustic tomography: in vivo
光声信号的光声功率谱斜率反映了组织的微
imaging from organelles to organs[J]. Science, 2012,
结构特征尺寸；光声信号包络的统计特性包含有微 335(6075): 1458–1462.
结构的数量密度信息；分析光声信号的光声本征谱 [8] Culver J P, Ntziachristos V, Holboke M J, et al. Opti-
mization of optode arrangements for diffuse optical to-
可以获得微结构的弹性特性。这些新方法突破了传
mography: a singular-value analysis[J]. Optics Letters,
统的光声成像系统频率和带宽的限制，为研究深层 2001, 26(10): 701–703.
组织的各项微结构性质提供了可能的手段。然而， [9] Bell A G. On the production and reproduction of sound
by light[J]. American Journal of Science, 1880, 20(118):
在实际生物医学应用之前，仍有许多工作需要完成，
305–324.
从而进一步改善这些方法。例如，更多的活体和离 [10] Diebold G J, Khan M I, Park S M. Photoacoustic “Sig-
体实验来检查真实组织的光声功率谱参数和统计 natures” of particulate matter: optical production of
acoustic monopole radiation[J]. Science, 1990, 250(4977):
参数，尤其是混合各种微结构的复合组织。这些参
101–104.
数和各种生理状况的关系应该还需被进一步探索。 [11] Wang L V, Yao J. A practical guide to photoacoustic to-
另外，光声本征频谱的应用也有一些制约，比如，弹 mography in the life sciences[J]. Nature Methods, 2016,
13(8): 627–638.
性的量化评估依赖于一些微弹性体的先验知识，包
[12] Xi L, Grobmyer S R, Wu L, et al. Evaluation of breast
括形状、密度等，而且对于提取高黏度组织的光声 tumor margins in vivo with intraoperative photoacoustic
本征谱也是一个重要的技术挑战。 imaging[J]. Optics Express, 2012, 20(8): 8726–8731.
[13] Lin L, Hu P, Shi J, et al. Single-breath-hold photoacoustic
近年来对光声成像技术的积极研究已经阐明
computed tomography of the breast[J]. Nature Communi-
了其在生物医学领域有很多的潜在应用价值，可以 cations, 2018, 9(1): 2352.
期待，从光声信号中还可以提取更多的关于组织特 [14] Ning B, Kennedy M J, Dixon A J, et al. Simultaneous
photoacoustic microscopy of microvascular anatomy, oxy-
性的有价值的信息。受益于光声信号中蕴含着的丰
gen saturation, and blood flow[J]. Optics Letters, 2015,
富的生物结构和功能信息，光声成像技术作为一个 40(6): 910–913.
非电离的、非侵入式的技术，将会提供多模态组织信 [15] Xiao J, Yao L, Sun Y, et al. Quantitative two-dimensional
photoacoustic tomography of osteoarthritis in the finger
息，从而有望被广泛地应用于基础研究和临床诊断。
joints[J]. Optics Express, 2010, 18(14): 14359–14365.
[16] Rajian J R, Fabiilli M L, Fowlkes J B, et al. Drug deliv-
ery monitoring by photoacoustic tomography with an ICG
参 考 文 献 encapsulated double emulsion[J]. Optics Express, 2011,
19(15): 14335–14347.
[1] Larue R T H M, Defraene G, de Ruysscher D, et al. Quan- [17] Wang L V. Tutorial on photoacoustic microscopy and
titative radiomics studies for tissue characterization: a re- computed tomography[J]. IEEE Journal of Selected Top-