基于邁克爾遜干涉儀的光聲成像
發(fā)布時間：2020-10-02 08:34
光聲成像由于成像分辨率高、深度大、能夠進行功能成像且不具有電離輻射等優(yōu)勢而引起了廣泛的研究。基于邁克爾遜干涉儀探測的光聲成像因其具有大帶寬及高分辨率等特點而成為目前研究的熱點。本論文在研究生物仿體吸收、散射特性的基礎(chǔ)上,制作能夠模擬人體肌肉組織的生物仿體,利用自行搭建的光聲成像系統(tǒng)進行光聲信號探測,定量性地研究系統(tǒng)參數(shù)與生物仿體參數(shù)對光聲信號及成像的影響,并探索研究面陣探測CCD對光聲信號的檢測。制作能夠模擬人體肌肉組織的生物仿體,并對其吸收特性及散射特性進行研究;標定生物仿體中吸收物質(zhì)與散射物質(zhì)含量,使其光學特性與人體肌肉組織相一致。實驗發(fā)現(xiàn):在固定波長為532 nm時,生物仿體吸收系數(shù)與約化散射系數(shù)會隨生物仿體中吸收物質(zhì)與散射物質(zhì)含量增加呈現(xiàn)近線性增長的變化,根據(jù)此定量的變化規(guī)律可以制作不同光學性質(zhì)的生物仿體。為了得到生物仿體內(nèi)部的光聲壓分布,搭建基于聲學探測的光聲成像系統(tǒng)并對光聲信號進行探測,給出系統(tǒng)的成像帶寬及軸向分辨率。利用該系統(tǒng)實現(xiàn)對生物仿體的成像,得到仿體內(nèi)部的光聲壓分布。進而研究生物仿體中生色團濃度及深度對光聲壓分布影響的研究。實驗發(fā)現(xiàn):生物仿體中生色團濃度及深度均會影響光聲壓分布的信噪比,除此之外,生色團濃度也會影響光聲壓分布的范圍。將邁克爾遜干涉儀作為探測手段,搭建基于邁克爾遜干涉儀的光聲成像系統(tǒng),實現(xiàn)對光聲信號的探測。分析光聲信號給出系統(tǒng)成像帶寬與軸向分辨率,并通過改變系統(tǒng)參數(shù)對成像系統(tǒng)進行優(yōu)化。實驗結(jié)果顯示:基于邁克爾遜干涉儀的光聲成像系統(tǒng)靈敏度遠優(yōu)于基于聲學探測的光聲成像系統(tǒng);且光聲信號強度及信噪比隨泵浦光強度、探測光強度變化呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。基于非聚焦的邁克爾遜干涉光路采用CCD面陣成像器件探測光聲信號,初步給出了有效的面陣成像信息。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH744.3
【部分圖文】：
圖 1-1 光聲效應(yīng)示意圖0 年 Bell 利用非連續(xù)光照射密閉在腔體內(nèi)的氣聲效應(yīng)，并且首次提出了光聲效應(yīng)這個概念[量描述，受限于當時聲信號探測器的靈敏度，們對光聲效應(yīng)的研究興趣逐漸下降[2]。在此之應(yīng)一直未得到發(fā)展。直到二十世紀六十年代末供了強度較大的光源，Atwood 和 Kreuzer 等體的化學測量與吸收光譜的研究[3][4]。1973 年固體進行研究[5]，為光聲效應(yīng)用于研究生物組紀七十年代到二十世紀八十年代早期，光聲效到九十年代中期，隨著高能脈沖激光的到來，物醫(yī)學成像[6]，接下來的幾年光聲成像相繼數(shù)的成像[7-10]。多光譜的光聲層析成像目前已[14-16]以及心血管疾病的研究[17][18]。
圖 1-2 (1) 光聲顯微鏡裝置示意圖，(2)裸鼠黑色素瘤細胞三維光聲成像圖，其中(a)為裸鼠黑色素瘤照片，(b)為分別利用 582 nm 及 764 nm 兩種波長對血管和黑色素瘤進行光聲成像后的合成圖，(c)為黑色素瘤三維光聲成像圖，(d)為黑色素瘤光聲成像橫截面圖，(e) 利用蘇木精和伊紅染色后黑色素瘤光聲成像橫截面圖[27]2016 年 Junjie Yao 等人利用由環(huán)形超聲探測器組成的光聲成像系統(tǒng)對注射了 BphP1 的裸鼠腎臟進行成像（BphP1 是一種可逆轉(zhuǎn)的、有開關(guān)控制的非熒光色素細菌，這種細菌能夠在紅光以及近紅外光之間實現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)的光子開關(guān)）。BphP1 在腫瘤細胞 U87 中表達并進入左側(cè)腎臟，被表達的細胞具有相對較弱的吸收，分別利用 630 nm、780 nm 兩種泵浦光激發(fā)進行成像，通過對比得到腫瘤細胞圖像[33]，如圖 1-3 所示。實現(xiàn)了分辨率為百納米的高分辨率成像。
圖 1-2 (1) 光聲顯微鏡裝置示意圖，(2)裸鼠黑色素瘤細胞三維光聲成像圖，其中(a)為裸鼠黑色素瘤照片，(b)為分別利用 582 nm 及 764 nm 兩種波長對血管和黑色素瘤進行光聲成像后的合成圖，(c)為黑色素瘤三維光聲成像圖，(d)為黑色素瘤光聲成像橫截面圖，(e) 利用蘇木精和伊紅染色后黑色素瘤光聲成像橫截面圖[27]2016 年 Junjie Yao 等人利用由環(huán)形超聲探測器組成的光聲成像系統(tǒng)對注射了 BphP1 的裸鼠腎臟進行成像（BphP1 是一種可逆轉(zhuǎn)的、有開關(guān)控制的非熒光色素細菌，這種細菌能夠在紅光以及近紅外光之間實現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)的光子開關(guān)）。BphP1 在腫瘤細胞 U87 中表達并進入左側(cè)腎臟，被表達的細胞具有相對較弱的吸收，分別利用 630 nm、780 nm 兩種泵浦光激發(fā)進行成像，通過對比得到腫瘤細胞圖像[33]，如圖 1-3 所示。實現(xiàn)了分辨率為百納米的高分辨率成像。
本文編號：2832173
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2017
【中圖分類】：TH744.3
【部分圖文】：
圖 1-1 光聲效應(yīng)示意圖0 年 Bell 利用非連續(xù)光照射密閉在腔體內(nèi)的氣聲效應(yīng)，并且首次提出了光聲效應(yīng)這個概念[量描述，受限于當時聲信號探測器的靈敏度，們對光聲效應(yīng)的研究興趣逐漸下降[2]。在此之應(yīng)一直未得到發(fā)展。直到二十世紀六十年代末供了強度較大的光源，Atwood 和 Kreuzer 等體的化學測量與吸收光譜的研究[3][4]。1973 年固體進行研究[5]，為光聲效應(yīng)用于研究生物組紀七十年代到二十世紀八十年代早期，光聲效到九十年代中期，隨著高能脈沖激光的到來，物醫(yī)學成像[6]，接下來的幾年光聲成像相繼數(shù)的成像[7-10]。多光譜的光聲層析成像目前已[14-16]以及心血管疾病的研究[17][18]。
圖 1-2 (1) 光聲顯微鏡裝置示意圖，(2)裸鼠黑色素瘤細胞三維光聲成像圖，其中(a)為裸鼠黑色素瘤照片，(b)為分別利用 582 nm 及 764 nm 兩種波長對血管和黑色素瘤進行光聲成像后的合成圖，(c)為黑色素瘤三維光聲成像圖，(d)為黑色素瘤光聲成像橫截面圖，(e) 利用蘇木精和伊紅染色后黑色素瘤光聲成像橫截面圖[27]2016 年 Junjie Yao 等人利用由環(huán)形超聲探測器組成的光聲成像系統(tǒng)對注射了 BphP1 的裸鼠腎臟進行成像（BphP1 是一種可逆轉(zhuǎn)的、有開關(guān)控制的非熒光色素細菌，這種細菌能夠在紅光以及近紅外光之間實現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)的光子開關(guān)）。BphP1 在腫瘤細胞 U87 中表達并進入左側(cè)腎臟，被表達的細胞具有相對較弱的吸收，分別利用 630 nm、780 nm 兩種泵浦光激發(fā)進行成像，通過對比得到腫瘤細胞圖像[33]，如圖 1-3 所示。實現(xiàn)了分辨率為百納米的高分辨率成像。
圖 1-2 (1) 光聲顯微鏡裝置示意圖，(2)裸鼠黑色素瘤細胞三維光聲成像圖，其中(a)為裸鼠黑色素瘤照片，(b)為分別利用 582 nm 及 764 nm 兩種波長對血管和黑色素瘤進行光聲成像后的合成圖，(c)為黑色素瘤三維光聲成像圖，(d)為黑色素瘤光聲成像橫截面圖，(e) 利用蘇木精和伊紅染色后黑色素瘤光聲成像橫截面圖[27]2016 年 Junjie Yao 等人利用由環(huán)形超聲探測器組成的光聲成像系統(tǒng)對注射了 BphP1 的裸鼠腎臟進行成像（BphP1 是一種可逆轉(zhuǎn)的、有開關(guān)控制的非熒光色素細菌，這種細菌能夠在紅光以及近紅外光之間實現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)的光子開關(guān)）。BphP1 在腫瘤細胞 U87 中表達并進入左側(cè)腎臟，被表達的細胞具有相對較弱的吸收，分別利用 630 nm、780 nm 兩種泵浦光激發(fā)進行成像，通過對比得到腫瘤細胞圖像[33]，如圖 1-3 所示。實現(xiàn)了分辨率為百納米的高分辨率成像。
本文編號：2832173
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