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中科院苏州医工所新型介观显微镜解决经颅等活体成像屏障
2026年03月26日 10:17:24
来源：化工仪器网 作者：杨 点击量：5341
近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张雅超研究员团队提出了一种基于低频超声换能器的计算光声介观镜(CPAMe)新框架，为这一难题提供了创新解决方案。
活体深部组织的高分辨成像长期受困于“光学扩散屏障”，尤其在经颅等复杂环境中，光散射与衰减严重制约传统光学显微的成像深度。尽管光声成像以声学探测绕开部分光学限制，但仍面临深度与分辨率难以兼顾的物理权衡——高频探头成像清晰但穿透深度不足，低频探头穿透力强却分辨率欠佳。如何兼得“深”与“清”，成为光声成像领域的关键挑战。
近日，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张雅超研究员团队提出了一种基于低频超声换能器的计算光声介观镜(CPAMe)新框架，为这一难题提供了创新解决方案。该框架融合“实时稳定硬件体系”与“计算重建增强策略”，在保持低频声波深穿透优势的同时，通过硬件误差补偿与k空间特征选择，实现了经颅及复杂异质组织条件下的深层高分辨结构与功能成像，成功突破了传统低频成像“深而不清”的限制。
在硬件体系方面，研究团队构建了高速稳定扫描系统，创新性地提出逐脉冲激光能量补偿与逐点空间位置校正的双重策略。通过光电二极管实时监测激光波动，并结合高精度编码器进行点对点定位校准，有效抑制了能量漂移与机械误差，确保在高速扫描条件下仍可获得均匀、稳定的高信噪比体积数据，为后续计算重建奠定了可靠基础。
在计算重建方面，团队提出了方向加权角谱合成技术，将低频超声的深穿透优势与合成孔径聚焦相结合。该方法在多声速模型框架下引入频域空间角度加权，实现对不同传播路径信息的增强与补偿，从而在颅骨或植入物等异质介质条件下显著提升三维分辨率与结构保真度。
研究团队通过系统的体外与活体验证，充分证明了CPAMe在提升经异质组织成像质量方面的显著效果。在组织仿体、离体小鼠颅骨及人体PMMA颅骨修复材料条件下，该技术的深层横向分辨率较传统方法分别提升32.5%、40%和46%。在活体实验中，CPAMe成功实现了经颅脑血管成像、小动物全身深层多波长与分子代谢成像、肿瘤可视化，以及无标记人体皮肤血管成像，展现出优异的跨尺度与跨场景应用能力。
未来，CPAMe有望为深层高分辨成像提供一条实用且可扩展的新路径。该平台将为无创经颅监测、脑信号经颅解码、小动物分子影像及肿瘤评估等应用提供新的技术基础。
相关研究成果以“Deep computational photoacoustic mesoscopy through heterogeneous tissues enabled by scanning compensation and angular-spectrum enhancement”为题，发表在国际知名期刊Photoacoustics上。
参考资料来源： 苏州生物医学工程技术研究所
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