NI×博銳創(chuàng)：可切換式光學(xué)聲學(xué)分辨率顯微成像系統(tǒng)

01 背景概述

光聲成像是一種非侵入性的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，利用激光誘導(dǎo)的超聲波產(chǎn)生高對(duì)比度、高分辨率的生物組織圖像。通過(guò)結(jié)合光學(xué)吸收對(duì)比和超聲穿透能力的優(yōu)勢(shì)，它能夠?qū)崟r(shí)進(jìn)行深層組織成像，使其在各種應(yīng)用，如癌癥檢測(cè)、血管成像和治療監(jiān)測(cè)中，所有這些都沒(méi)有與電離輻射相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

02 研究挑戰(zhàn)

多模態(tài)轉(zhuǎn)換：傳統(tǒng)的光聲顯微鏡很難在它們的光學(xué)和聲學(xué)分辨率之間切換。然而，臨床成像對(duì)深度和分辨率的要求是可變的。因此，需要一個(gè)可切換的聲學(xué)和光學(xué)分辨率系統(tǒng)。

模塊化：由于光路等精密組件的存在，傳統(tǒng)顯微鏡的光學(xué)部分是復(fù)雜的，對(duì)調(diào)優(yōu)和使用不友好。因此，需要對(duì)不同的功能部件進(jìn)行模塊化，以促進(jìn)耦合和后期維護(hù)。

實(shí)時(shí)成像：光聲成像會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)和高分辨率的圖像。實(shí)時(shí)成像需要一個(gè)高速、實(shí)時(shí)的處理模塊，以滿(mǎn)足快速成像的應(yīng)用，如活體組織成像。

03 系統(tǒng)功能

● 可切換的光學(xué)和聲學(xué)分辨率

● 成像深度：4-10mm，針對(duì)聲學(xué)分辨率

● 成像深度： 1mm，針對(duì)光學(xué)分辨率

● 分辨率：光學(xué)5μm，聲學(xué)20μm

● 基于NI FPGA和高速數(shù)據(jù)采集解決方案的實(shí)時(shí)成像與高精度觸發(fā)控制和高速掃描

● 基于模塊化的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，易于系統(tǒng)搭建與維護(hù)

圖1.光聲成像系統(tǒng)

04 系統(tǒng)組件和功能

光學(xué)模塊：

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

圖2.光學(xué)模塊

聲學(xué)和光分辨率切換模塊：

該系統(tǒng)利用專(zhuān)利技術(shù)，在一個(gè)統(tǒng)一的模塊內(nèi)同時(shí)處理聲信號(hào)和光信號(hào)，從而提取光聲信號(hào)并進(jìn)行初始放大。這種集成的方法提高了放大器的信噪比和線(xiàn)性響應(yīng)，減少了信號(hào)失真，并提高了信號(hào)采集的保真度和精度。

圖3.聲學(xué)和光分辨率切換模塊

運(yùn)動(dòng)控制和移動(dòng)模塊：

該系統(tǒng)的架構(gòu)包括機(jī)械移動(dòng)裝置和運(yùn)動(dòng)控制卡，這對(duì)于控制成像所需的精確運(yùn)動(dòng)至關(guān)重要。這種配置提高了運(yùn)動(dòng)控制的精度和響應(yīng)性，在整個(gè)成像過(guò)程中使機(jī)械振動(dòng)最小化，并提高了捕獲圖像的可重復(fù)性和精度。

信號(hào)處理和實(shí)時(shí)成像模塊：

該系統(tǒng)對(duì)采集到的原始光聲信號(hào)進(jìn)行二次處理，以提高信號(hào)質(zhì)量。這包括放大有用的信號(hào)，應(yīng)用濾波器來(lái)細(xì)化數(shù)據(jù)，以及使用降噪技術(shù)來(lái)提高信號(hào)信噪比。此外，實(shí)時(shí)成像是通過(guò)所設(shè)計(jì)的高效算法，以加速信號(hào)處理，從而提高成像輸出的實(shí)時(shí)性。為了支持這些復(fù)雜算法的計(jì)算，該系統(tǒng)基于NI FPGA平臺(tái)來(lái)完成。基于FPGA實(shí)現(xiàn)了觸發(fā)控制，高速采集，像素分割，圖像壓縮。  

圖4.NI PXI系統(tǒng)

圖5.運(yùn)動(dòng)控制和移動(dòng)模塊

未來(lái)，深圳博銳創(chuàng)科技有限公司將與NI中國(guó)創(chuàng)新發(fā)展中心一起積極持續(xù)地提供光學(xué)成像系統(tǒng)級(jí)解決方案，助力科研客戶(hù)進(jìn)行富有成效的科研落地，為高校和科研機(jī)構(gòu)提供更優(yōu)質(zhì)的本地化服務(wù)。

作者：深圳博銳創(chuàng)科技有限公司 吳逵