来源:Frontiers of Optoelectronics 发布时间:2021/3/5 10:32:28
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FOE |应用扩展景深光声显微镜对创伤皮肤血运重建的活体体积监测

论文标题:In vivo volumetric monitoring of revascularization of traumatized skin using extended depth-of-field photoacoustic microscopy (应用扩展景深光声显微镜对创伤皮肤血运重建的活体体积监测)

期刊:Frontiers of Optoelectronics

作者:Zhongwen CHENG, Haigang MA, Zhiyang WANG, Sihua YANG(杨思华)

发表时间:13 July 2020

DOI:10.1007/s12200-020-1040-0

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编者荐语:

《Frontiers of Optoelectronics》期刊近日刊发华南师范大学生物光子学研究院杨思华教授研究,该研究发展了一个长焦深的光分辨光声显微成像系统并将其应用在创伤性皮肤的修复监控上,可能在生物医学领域发挥重要作用。

以下文章来源于光电子学前沿

光电子学前沿

《Frontiers of Optoelectronics》(简称FOE)是由教育部主管的Frontiers系列英文学术期刊之一 ,由高等教育出版社、华中科技大学、中国光学学会联合主办,武汉光电国家研究中心承办

研究背景

光声成像结合了光学成像的高对比度和声学成像的高穿透深度,可以高对比的重建出组织内部特定波长光的吸收组份(如,血红蛋白),可以用来无损的监控创伤性皮肤在修复过程中的血管生成的情况。光声显微镜由于其具有毛细血管级的分辨率成像被广泛用于各种血管类疾病的检测,包括烧伤评估。然而,传统的光声显微镜采用高斯聚焦光对组织进行激发,它们的焦深(DOF)只有100微米以内,对于面积比较大或者表面不平整的创面,由于焦深受限导致成像的结果出现偏差。最近,很多方法被提出来提高DOF,这包括改变光焦点进行扫描,用空间光调制器产生贝塞尔光来实现长焦深。尽管这些方法可以有效的提高DOF,但是这些方法增加了系统的复杂度和成本不利于临床的推广。

华南师范大学生物光子学研究院杨思华教授课题组在本论文中利用一个拉长焦深的透镜产生贝塞尔光束,发展了一种扩展焦深的、大视场光声皮肤镜系统,并用来对创伤性皮肤进行成像。该系统可以在较长焦深范围内实现一致的分辨率和均匀的光激发效率,并且可以提供创伤修复过程中的光声病理切片以及3维结构信息,为监控创伤性皮肤修复提供了一个有力的工具。

内容简介

本文阐述了华南师范大学生物光子学研究院杨思华教授课题组利用长焦深透镜开发了一个扩展焦深的光声显微成像系统并将其应用在创伤性皮肤修复的应用上,解决了创伤性皮肤因表面不平引起的分辨率降低和信噪比不一致的问题。

图文导读

图1. 扩展焦深的光声显微成像(E-DOF-PAM)系统和传统高斯光束光声显微成像(GB-PAM) 系统的示意图

图2. 有无长焦深透镜时激光束在x-z和x-y平面上光强分布的数值模拟结果

图3. E-DOF-PAM系统的性能

图4. E-DOF-PAM 和GB-PAM成像系统获得的人头发的PA图像

图5. 验证GB-PAM和E-DOF-PAM系统对志愿者中指表面不平组织的在体成像能力

图6. E-DOF-PAM系统检测创伤性皮肤的可行性

摘要

Faster and better wound healing is a critical medical issue. Because the repair process of wounds is closely related to revascularization, accurate early assessment and postoperative monitoring are very important for establishing an optimal treatment plan. Herein, we present an extended depth-of-field photoacoustic microscopy system (E-DOF-PAM) that can achieve a constant spatial resolution and relatively uniform excitation efficiency over a long axial range. The superior performance of the system was verified by phantom and in vivo experiments. Furthermore, the system was applied to the imaging of normal and trauma sites of volunteers, and the experimental results accurately revealed the morphological differences between the normal and traumatized skin of the epidermis and dermis. These results demonstrated that the E-DOF-PAM is a powerful tool for observing and understanding the pathophysiology of cutaneous wound healing.

PI简介

杨思华,华南师范大学研究员、博士生导师,生物光子学研究院副院长,激光生命科学教育部重点实验室和广东省新型超声成像设备工程技术研发中心主任;国家优秀青年科学基金获得者、广东特支计划科技创新青年拔尖人才、广东省高等学校优秀青年教师(培养计划);主要研究领域包括显微光声成像技术、光声窥镜技术及其生物医学应用与仪器开发;主持国家科技部“863”青年科学家专项、国家自然科学基金重点项目(合作)、广东省自然科学基金重点项目、广东省产学研项目等;主持研发皮肤光声显微成像仪,获国家药监局创新医疗器械认定及二类医疗器械注册许可证;发表SCI期刊论文100多篇;授权国家发明专利26项。代表性论文有Journal of the American College of Cardiology, Physical Review Letters, Small, Theranostics, Optics Letters, Applied Physics Letters等,H因子21。在光声成像技术方面曾获教育部高等学校科学研究优秀成果奖二等奖 (2013年)、广东省科学技术奖(发明类)二等奖 (2009年)、美国医学物理学会“Sylvia Sorkin Greenfield Award”奖 (2008年)、中国光学重要成果奖 (2008年)。

期刊简介

Frontiers of Optoelectronics (FOE)期刊是由教育部主管、高等教育出版社出版、德国施普林格(Springer)出版公司海外发行的Frontiers系列英文学术期刊之一,以网络版和印刷版两种形式出版。由北京大学龚旗煌院士、华中科技大学张新亮教授共同担任主编。

其宗旨是介绍国际光电子领域最新研究成果和前沿进展,并致力成为本领域内研究人员与国内外同行进行快速学术交流的重要信息平台。该刊的联合主办单位是高等教育出版社、华中科技大学和中国光学学会,承办单位是武汉光电国家研究中心。FOE期刊已被Emerging Sources Citation Index (ESCI), Ei Compendex, SCOPUS, INSPEC, Google Scholar, CSA, Chinese Science Citation Database (CSCD), OCLC, SCImago, Summon by ProQuest等收录。2019年入选中国科技期刊卓越行动计划梯队期刊项目。

点击文末“阅读原文”前往中国学术前沿期刊网。

《前沿》系列英文学术期刊、

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

高等教育出版社入选“中国科技期刊卓越行动计划”集群化项目。Frontiers系列期刊中:13种被SCI收录;1种被A&HCI收录;6种被Ei收录;2种被MEDLINE收录;11种中国科技核心期刊;16种被CSCD收录。

(来源:科学网)

 
 
 
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