光声成像是一种以超声为媒介的功能性光学成像方法,近年来得到了迅速发展。非接触光声成像技术旨在无耦合液的条件下实现高灵敏、大带宽的光声信号接收以及高质量的图像重建,它在继承传统光声成像技术优势的基础上,提升了探测性能,并扩展了应用领域。本文综述了非接触光声成像的研究现状及其在生物医学领域的应用,概述了目前非接触光声成像技术的物理机理及成像系统的结构,介绍了该技术在无标记术中组织学成像、眼科成像和皮肤光学活检中的特色应用,最后总结了非接触光声成像技术的特点以及未来面临的挑战。

在光声层析成像重建方法中,当考虑超声换能器特别是大晶面超声换能器的尺寸影响时,经典的光声模型重建算法需将晶面离散化,通过分别计算每个离散点的正向模型并求和来建立最终的正向模型矩阵。这种基于模型的重建方法已被证明比传统的延迟叠加和反投影重建方法具有更高的精确性,但同时也会导致巨大的时间消耗和计算/存储空间。本文提出了一种基于虚拟平行投影的光声模型重建方法,该方法用直接建立虚拟平行投影的模型矩阵来代替晶面离散点模型矩阵之和,适用于使用大晶面柱形聚焦或平面超声换能器的光声层析成像系统。数值模拟、仿体实验及活体实验结果表明,所提方法与基于离散化晶面的光声模型重建方法具有相似的图像重建性能,但其重建过程的时间消耗和计算/存储空间需求显著降低。

搭建了一套多角度扫描的高灵敏度光声介观(OPAM)实验系统,可同时实现高灵敏度测量和多角度信息获取,并利用该系统对小动物肿瘤的结构信息与功能信息进行了初探。通过仿体实验验证了所搭建系统的空间分辨能力,满足OPAM成像需求;通过对两种小动物肿瘤模型进行OPAM实验,可获得肿瘤的结构图像以及两种肿瘤较为明显的类型特征;之后利用该系统在双波长测量条件下获得了肿瘤的血氧饱和度值。实验表明,该OPAM系统可以为肿瘤学研究提供一定的参考与指导,在生物医学研究领域具有较好的应用前景。