不是夢! 國際科學家聯手 顛覆傳統光聲來產生超高解析影像

光聲造影(photoacoustic imaging)是一種生物組織表面下結構的高解析成影技術。

利用光源(一般使用雷射)照射到物體,例如身體的組織,讓被照射到的部位稍微膨脹(因吸收能量)而振動,並產生聲波。光聲造影的成像效果優於超音波,而且在深度上也比其他光學造影技術來得好,讓一些難以觀察的微小物體可以被看清楚。然而,如同光會產生散射(diffraction),利用光聲造影產生的聲波波長常常會阻礙超音波偵測器的接收,這種聲波的散射限制了微血管以及其他體內細部構造的觀察。現在,以色列耶路撒冷的希伯來大學團隊,以及法國Université Grenoble Alpes團隊合作來克服這個限制—不但可以清楚看見血管,還可以看見其內物質的流動

本研究計畫的主要焦點,是觀察血管中紅血球的流動會如何影響光聲訊號。當紅血球經過的時候,他們會造成類似雜訊的波動,其根本原因是因為這些紅血球只吸收了部份頻率的光波。這些科學家在好奇心驅使之下,利用電腦統計運算進一步分析這些干擾波動,發現了這些看似雜訊的訊息居然有一個特定的模式,如果不用電腦程式運算是沒有辦法看出來的。

這項技術不需要任何新的硬體設備,只需要電腦程式就可以讓既有的光聲造影設施使用,未來勢必對於臨床應用助益良多。

根據The Optical Society的介紹

去年在Optica發表的一篇研究中,Katz et al.證實了利用,由超高解析度光波造影技術(super-resolution optical fluctuation imagingSOFI)的原理發想的光聲造影技術克服了光聲造影中聲波散射的限制。但是這個研究中顯示出兩個主要的限制:首先,需要具有長同調性的(long coherence)雷射光源,而非傳統光聲造影光源,來製造出所謂光斑(speckle)的動態結構性干擾現象,來產生訊息的波動。其次,利用光斑產生動態投影的缺點就是輸出波的振幅(amplitude)相對於平均光聲訊號來說太小了,而無法真的讓目標樣本以高解析度清晰呈現。

而在這篇新的研究中,學者證明了真正能克服這些問題的方法,是去利用統計分析的方式來好好了解這些由紅血球流動所造成的「雜訊」裡面所蘊藏訊號波動的模式,如此一來學者便不必再大費周章地仰賴同調性光源,並成功地證明傳統光聲造影系統也能產生超高解析度的影像。

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