基于多波长激光二极管激励的多环阵列传感式三维光声显微成像

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    11664011
  • 项目类别:
    地区科学基金项目
  • 资助金额:
    45.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    A2210.与光学有关的交叉领域
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

Photoacoustic microscopy (PAM) is a novel microscopic imaging technique arising out of photoacoustic spectrometry and acoustic microscopy. By detecting ultrasonic with an ultrasound transducer instead of detecting the scattering photons in optical imaging, it can realize a micrometer-level spatial resolution at centimeter-level depth in biological tissue. However, thus far, most PAM systems generally utilize bulky solid-state laser as a photoacoustic excitation, which makes them inherently difficult to achieve miniaturization and generalization to move out of the lab, because of its high cost, large size and cooling requirement. Therefore, on the basis of the last two generations of PAM prototypes, we are planning to design an integrative compact photoacoustic excitation with 400-700 nm multi-wavelength pulsed laser diodes. In addition, for the disadvantages of low axial resolution and fixed ultrasonic focus spot of focused ultrasonic transducer, a multi-annular plane array transducer combing with dynamic phase-controlled focus technology will be employed to improve the focus detecting capability in depth. Finally, we will set up an in vivo 3D PAM imaging technique and method in terms of being portable, label-free, high resolution, which can obtain structural and functional microscopic imaging on multiple locations of subcutaneous capillaries and veno-arterial network at different depth, and provide a real-time, high contrast and high resolution image reference for clinical diagnosis of various kinds of skin injury and pathological changes.
光声显微镜(PAM)是在光声光谱技术和声学显微镜的基础上兴起的一种新型显微成像技术,其采用超声传感器检测超声波替代光学成像中检测散射光子,可同时实现微米级成像精度和厘米级探测深度的组织影像。但由于常用的光声激励源——固体激光器具有价格高、体积大、需冷却等缺点,使得PAM系统难以小型化、通用化而走出实验室。本项目计划在前两代PAM样机的基础上,研发多个400-700 nm可见光脉冲激光二极管集成一体化的小型化光声激励源,并针对单元式聚焦超声传感器存在的纵向分辨率低且焦点固定的缺点,采用多环平面阵列式光声传感结合动态计算相控聚焦技术接收,以有效提高其在深度方向的动态聚焦探测能力,健全一套便携式、免标记、高分辨率的活体三维光声显微成像技术及其方法,可对皮下不同深度多个位点的毛细血管、动/静脉网络等实现结构与功能的显微成像,为各类皮下损伤与病变的临床诊断提供实时、高对比度、高分辨率的组织影像参考。

结项摘要

本项目旨在研发基于小型化激光二极管激励源和多环阵列超声传感器的光声显微镜技术及其系统,并可实现皮下微血管网络的结构与功能显微成像。为此分别从激励源体积、成像焦深、成像视场、空间分辨率等技术参数最优化入手,分别搭建了多套光声显微成像系统原理样机,有助于推动光声显微技术的产品化而走出实验室,具体执行情况如下:1)开发出了445/520/640nm三款大功率脉冲激光二极管光声激励源,脉冲宽度10-1000ns多档位可调,峰值功率最高可达1.8W,以此分别搭建了一套工作距离高达22mm的便携式光声显微镜和一套超小型的非接触光声显微镜,其空间分辨率可达~10μm,并实现了动物脉管网络和皮下不同深度的微血管网络等显微成像;2)在K-wave仿真平台下对多环超声换能器阵列进行建模仿真,同时设计了一个20MHz中空结构的六环菲涅尔阵列超声换能器,直径仅有~7.4mm,相对带宽高达112.58%,并以此搭建了一套具有10mm范围的长焦深光声显微镜,系统分辨率约为220μm,实现了小动物眼球等结构的高信噪比光声显微成像;3)采用铌酸锂单晶研制了2.5/7.5/10MHz的全透明超声传感器,最大尺寸可达50×50mm,在450-1100nm光谱范围内光学透明度可达60%以上,并以此设计了一套成像视场达20×20mm的快速光声显微镜,系统分辨率约为18μm,实现了动物脉管和皮下微血管网络等的大视场光声显微成像;4)设计了中心频率为10MHz的256阵元环型阵列超声传感器,并结合100MS/s采样率的256转32通道并行数据采集模块,搭建了一套基于高频环型阵列传感的光声显微层析成像系统,系统空间分辨率可达62μm,单次数据采集时间最高约为1.6ms,并实现了不同深度全脑结构及损伤的高分辨率无创光声显微层析成像。

项目成果

期刊论文数量(8)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(4)
基于光声技术的血糖无损检测
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    丁宇;姚清凯;邓丽军;任重;黄振;曾吕明;刘国栋
  • 通讯作者:
    刘国栋
Low-cost photoacoustic imaging systems based on laser diode and light-emitting diode excitation
基于激光二极管和发光二极管激发的低成本光声成像系统
  • DOI:
    10.1142/s1793545817300038
  • 发表时间:
    2017-07-01
  • 期刊:
    JOURNAL OF INNOVATIVE OPTICAL HEALTH SCIENCES
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Yao, Qingkai;Ding, Yu;Zeng, Lvming
  • 通讯作者:
    Zeng, Lvming
In vivo monitoring and high-resolution characterizing of the prednisolone-induced osteoporotic process on adult zebrafish by optical coherence tomography
通过光学相干断层扫描对成年斑马鱼泼尼松龙诱导的骨质疏松过程进行​​体内监测和高分辨率表征
  • DOI:
    10.1364/boe.10.001184
  • 发表时间:
    2019-03-01
  • 期刊:
    BIOMEDICAL OPTICS EXPRESS
  • 影响因子:
    3.4
  • 作者:
    Lin, Yanping;Xiang, Xiang;Zhang, Jian
  • 通讯作者:
    Zhang, Jian
基于环形阵列式传感器的光声层析成像研究进展
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    激光与光电子学进展
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    张国鹏;邓丽军;白杨;刘国栋;曾吕明;纪轩荣
  • 通讯作者:
    纪轩荣
In vivo monitoring the dynamic process of acute retinal hemorrhage and repair in zebrafish with spectral-domain optical coherence tomography
谱域光学相干断层扫描在体监测斑马鱼急性视网膜出血与修复的动态过程
  • DOI:
    10.1002/jbio.201900235
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
    Journal of Biophotonics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Lin Yanping;Xiang Xiang;Chen Tingru;Mao Guangjuan;Deng Lijun;Zeng Lvming;Zhang Jian
  • 通讯作者:
    Zhang Jian

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其他文献

基于LabVIEW平台的高准确度光声成像系统设计
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    光子学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    任重;曾吕明;黄振;刘国栋
  • 通讯作者:
    刘国栋
基于脉冲激光二极管的小型化光学分辨式光声显微成像系统
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2014
  • 期刊:
    中国激光
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    曾吕明;刘国栋;杨迪武;纪轩荣;黄振;董健
  • 通讯作者:
    董健
基于环形阵列探测器的快速光声成像
  • DOI:
    10.1016/j.gca.2006.06.1168
  • 发表时间:
    2015
  • 期刊:
    激光生物学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    杨迪武;黄仲;曾吕明;周昕;肖丽君
  • 通讯作者:
    肖丽君

其他文献

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AI项目思路

AI技术路线图

曾吕明的其他基金

基于光学分辨模式的便携式实时光声显微成像技术研究
  • 批准号:
    11304129
  • 批准年份:
    2013
  • 资助金额:
    30.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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