光声混合显微镜系统提高成像速度

通过遍历继电器 (MFOR-PAMER) 进行多焦光学分辨率光声显微镜，可缩短扫描时间，同时可保持一个简单而经济的设置。[Image: Yang Li, Terence T. W. Wong, Junhui Shi, Hsun-Chia Hsu and Lihong V. Wang]

由于光在生物组织中散射非常强烈，因此纯光学成像技术在探测深层生物组织的时候受到限制。在这些情况下，声音散射比光要少一千倍，于是科学家开发了混合光声学成像方法。

美国California Institute of Technology的研究人员报告了一种新的混合光声学成像方法。这种光声混合显微镜系统比其他同类系统更快、更小、更便宜(Light: Science & Applications，doi:10.1038/s41377-020-00372-x)。它可以将生物组织样本的成像时间从几个小时缩短到不到一分钟，为癌症和其他疾病的快速、无标记诊断铺平了道路。

简单并且高分辨率

光声混合显微镜使用激光脉冲来照亮样品，使样品内部的分子发热。温度的上升导致组织的热弹性膨胀，从而产生声波。声波可以被超声波传感器检测到。通过这种手段得到样品内的光学吸收图。样品的光学吸收图特点取决于血红蛋白、水或油脂等物质的浓度。

在目前的研究中，OSA研究员Lihong V. Wang和他的同事们希望开发一种新型的光声混合显微镜系统，结合快速成像，低复杂度和低成本等特点。Wang的团队之前创造了一种方法，这个方法称为多焦光学分辨率光声断层扫描(MFOR-PACT)，通过向传统设置中添加多个光学焦距的多列显微镜头和多列超声波传感器来提高了成像速度。这种修正摆脱了机械扫描样品成像缓慢的瓶颈。该研究的第一作者Yang Li说：基于多列光声断层成像系统的规模和复杂性，MFOR-PACT系统的应用受到了限制。”

缩短扫描时间

新的解决方案是将基于多列的设计替换为通过遍历继电器的单元素超声波传感器的设计 ，该继电器根据声脉冲的来源来解码声学脉冲。研究人员将一个透光的直角棱镜作为遍历继电器。这个继电器可以通过单个激光脉冲来拍摄从整个视角来收集光声混合信号。

Li和他的同事通过体外和体内实验, 验证了这项基于遍历继电器的多焦光学分辨率光声混合显微镜的新技术。例如，他们用13微米的光学分辨率成功地将老鼠耳朵中的血管成像。此外,与传统相同分辨率的光声显微镜系统相比，MFOR-PAMER 的扫描时间缩短了 400 倍。Li说：“我们想到的其中一个应用是，使用紫外线照明对生物组织的高速、无标记研究。传统的基于UV的光学分辨率光声显微镜系统需要几个小时才能对组织学样本进行成像。我们的系统可将成像时间缩短到一分钟以内，这将大大改善临床工作的效率。”