近日，中國科學院深圳先進技術(shù)研究院生物醫(yī)學光學與分子影像中心劉成波、鄭煒團隊合作，在生物醫(yī)學光學領(lǐng)域旗艦期刊Biomedical Optics Express發(fā)表了題為“Video-rate high-resolution single-pixel nonscanning photoacoustic microscopy”的研究論文，報道了一種基于單像素非掃描方式的高速光聲顯微成像技術(shù)，在國際上率先實現(xiàn)了30幀/秒的三維動態(tài)光聲顯微成像，達到同類技術(shù)最快的成像速度。該論文被期刊遴選為編輯推薦（Editor's Pick）亮點文章。助理研究員陳寧波、余佳、劉良檢為論文共同第一作者，劉成波研究員、鄭煒研究員為論文共同通訊作者。
光聲顯微成像具備高分辨、三維無標記成像等優(yōu)勢，被廣泛用于活體生物組織結(jié)構(gòu)和功能成像。傳統(tǒng)光聲顯微成像技術(shù)主要依靠逐點掃描進行三維圖像采集，受限于步進電機、光學振鏡等掃描器件的掃描速度局限，傳統(tǒng)光聲顯微技術(shù)的成像速度遠低于視頻幀率（30 Hz），難以滿足生物體快速生理活動監(jiān)測的需求。
針對該問題，研究團隊提出了一種基于單像素成像技術(shù)的高速非掃描光聲顯微成像（SPN-PAM）。該技術(shù)利用高速數(shù)字微鏡（DMD）實現(xiàn)成像區(qū)域的結(jié)構(gòu)光場照明，通過快速調(diào)制結(jié)構(gòu)光場的傅里葉照明條紋，獲取圖像的變換域頻譜信息，采用傅里葉頻譜逆變換即可完成圖像快速重建。
（a）SPN-PAM成像系統(tǒng)圖；（b）SPN-PAM圖像重建原理。
SPN-PAM技術(shù)無需逐點掃描成像，克服了掃描器件對成像速度的限制，此外，該技術(shù)能夠充分利用圖像在變換域獨特的頻譜稀疏特征，對頻譜信息進行大幅壓縮采樣。活體成像結(jié)果表明，在4.86%的超低采樣率下，該方法仍能夠保持良好的圖像分辨率和信噪比，同時成像速度得到大幅提升。基于此，研究團隊首次實現(xiàn)了視頻幀率（≥30 Hz）的高分辨光聲顯微成像。
活體小鼠微血管網(wǎng)絡(luò)SPN-PAM壓縮成像結(jié)果
憑借高時間和空間分辨率優(yōu)勢，SPN-PAM實現(xiàn)了小動物活體水平，對微血管尺度血流再灌注過程的動態(tài)監(jiān)測，觀察到了血流量和流速的瞬時變化，為血流動力學和組織代謝研究提供了一種潛在的有效手段。與此同時，SPN-PAM壓縮成像還能夠有效降低高速光聲顯微成像需要的激光劑量，提升成像安全性，為該技術(shù)進一步臨床轉(zhuǎn)化提供了可能。
活體小鼠微血管血流（左）及血流再灌注過程（右）動態(tài)監(jiān)測
該工作得到科技部重點研發(fā)計劃，國家自然科學基金，中國科學院以及廣東省重點實驗室等項目支持。
論文鏈接：https://doi.org/10.1364/BOE.459363
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