OR-PAM，多参数图像处理方法提高亚细胞成像的可能性

来自香港城市大学（City University of Hong Kong）的研究人员开发了一种基于单个激光源的多波长光分辨率光声显微镜（OR-PAM）系统。这个系统可同时对血红蛋白浓度、血流量速度、血氧饱和度和淋巴浓度进行多对比成像。新的系统能够提供的亚细胞信息量为研究疾病模型（如癌症研究）提供了有力的支持。光声成像工作是从目标生物组织的内在吸收特性开始。当激光束瞄准生物组织时，组织吸收光线并产生热量，然后发生热膨胀的过程，并从中启动机械超声波或光声波。当超声波传感器接收到该波时，科学家能够重建它，从而产生生物组织中光吸收分布的图像。

血红蛋白浓度、氧饱和度、血液流动速度和淋巴浓度多重对比的OR-PAM。刘等人供图。

OR-PAM是一种相对较新的混合成像技术，提供高分辨率和高对比度图像，在实时的，有多重对照功能的成像中具有新的应用。大多数商用激光器的波长选择有限，加上现有扫描方法的局限性。这意味着该技术能够在单次扫描中只能获得不超过两种类型的图像对比。这些因素使得传统的方法耗时，而且目前为止，其很难用于需要捕获生物组织中功能信息的动态变化研究。

为了改进该方法，Lidai Wang和他的团队开发了一种基于单波长纳秒激光源的五波长光纤激光源。由于该激光源能够在亚微秒时间尺度上切换波长，因此为同时开发多功能OR-PAM提供了一条路径。该团队通过测量能量波动和漂移、成像深度测试以及OR-PAM成像的横向和轴向分辨率来验证它的系统。Wang说，该系统是基于模拟拉曼散射（SRS）效果：从本质上讲，泵浦激光源产生散射激光束，其波长长于通过光纤的原始入射光。一旦泵浦激光源的能量超过阈值，生成的SRS波长将保持高度方向性、高单色度和高相干性，使其成为 OR-PAM合适的光源，其具有多个分散波长，可实现多重对照光声成像。

该团队还开发了一种多参数图像处理方法，用于计算微血管的直径、深度和曲折度。这一发展为疾病建模提供了图像分析基础。研究小组还对肿瘤发育、淋巴清除和脑成像进行了多功能成像。为了测试独立的系统，团队成员对小动物进行了多功能微观成像，以评估血红蛋白浓度、血流速度、氧饱和度和淋巴浓度。他们还分析了成像区域不同血管的形态和功能差异（包括直径、血流量、血氧水平等）。传统的多功能OR-PAM需要多个扫描源和激光源才能达到类似的结果，这意味着研究人员的工作解决了两个重大问题。一是组织内血管的微环境随时间变化：多次长期扫描会导致功能成像与实际情况不一致。第二个问题事实上是源于不同激光源的异步性。由此产生的波动会产生系统的计算错误。该方法采用单一源实现多功能成像，它具有单次扫描、浓缩成像时间、提高成像精度等优点。

这项研究发表在《Advanced Photonics》上(www.doi.org/10.1117/1.AP.3.1.016002)。