01 背景概述

光聲成像是一種非侵入性的生物醫學成像技術，利用激光誘導的超聲波產生高對比度、高分辨率的生物組織圖像。通過結合光學吸收對比和超聲穿透能力的優勢，它能夠實時進行深層組織成像，使其在各種應用，如癌癥檢測、血管成像和治療監測中，所有這些都沒有與電離輻射相關的風險。

02 研究挑戰

多模態轉換：傳統的光聲顯微鏡很難在它們的光學和聲學分辨率之間切換。然而，臨床成像對深度和分辨率的要求是可變的。因此，需要一個可切換的聲學和光學分辨率系統。

模塊化：由于光路等精密組件的存在，傳統顯微鏡的光學部分是復雜的，對調優和使用不友好。因此，需要對不同的功能部件進行模塊化，以促進耦合和后期維護。

實時成像：光聲成像會產生大量的數據和高分辨率的圖像。實時成像需要一個高速、實時的處理模塊，以滿足快速成像的應用，如活體組織成像。

03 系統功能

● 可切換的光學和聲學分辨率

● 成像深度：4-10mm，針對聲學分辨率

● 成像深度： 1mm，針對光學分辨率

● 分辨率：光學5μm，聲學20μm

● 基于NI FPGA和高速數據采集解決方案的實時成像與高精度觸發控制和高速掃描

● 基于模塊化的系統結構，易于系統搭建與維護

圖1.光聲成像系統

04 系統組件和功能

光學模塊：

將激光產生的空間光有效耦合到單模光纖中，進行高精度光聲成像，可以保證光纖連接的穩定性和耦合效率，以及光源的穩定輸出，提供一致和可重復的成像條件。

圖2.光學模塊

聲學和光分辨率切換模塊：

該系統利用專利技術，在一個統一的模塊內同時處理聲信號和光信號，從而提取光聲信號并進行初始放大。這種集成的方法提高了放大器的信噪比和線性響應，減少了信號失真，并提高了信號采集的保真度和精度。

圖3.聲學和光分辨率切換模塊

運動控制和移動模塊：

該系統的架構包括機械移動裝置和運動控制卡，這對于控制成像所需的精確運動至關重要。這種配置提高了運動控制的精度和響應性，在整個成像過程中使機械振動最小化，并提高了捕獲圖像的可重復性和精度。

信號處理和實時成像模塊：

該系統對采集到的原始光聲信號進行二次處理，以提高信號質量。這包括放大有用的信號，應用濾波器來細化數據，以及使用降噪技術來提高信號信噪比。此外，實時成像是通過所設計的高效算法，以加速信號處理，從而提高成像輸出的實時性。為了支持這些復雜算法的計算，該系統基于NI FPGA平臺來完成。基于FPGA實現了觸發控制，高速采集，像素分割，圖像壓縮。  

圖4.NI PXI系統

圖5.運動控制和移動模塊

未來，深圳博銳創科技有限公司將與NI中國創新發展中心一起積極持續地提供光學成像系統級解決方案，助力科研客戶進行富有成效的科研落地，為高校和科研機構提供更優質的本地化服務。

作者：深圳博銳創科技有限公司 吳逵