减少传感器需求！新技术让激光成像变得更为简单、立体

2023-12-05 15:03

近日，一项名为PACTER的光声成像技术领域的研究成果被其研究团队发表于《自然－生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）杂志上。早在2020年其就已经推出了目前所具备的成像技术，而此次新的研究成果证明，PACTER技术重新定义了现有的成像技术。这项研究得到了美国国立卫生研究院的资助。

图片来源：California Institute of Technology

最初的技术名为PATER，其全称为Photoacoustic Topography Through an Ergodic Relay。该技术的主要原理是，激光脉冲射入组织，从而引起组织分子振动，接着利用这些振动生成内部结构图像，有点类似于超声波成像。但是光声成像由于可在短时间内产生成像信息，因此对于这项技术要求极其苛刻，也为技术的前进带来了一定的困难。

早期该研究团队提出的成像技术需要数百个传感器组成的阵列压在成像组织上，其昂贵程度可想而知，但是该研究团队利用一种中继装置，减少了所需的传感器，该装置可以实现振动的形式进行信息传递，如此有效的减速信息流进入传感器实现工作。

原来的成像技术由512个传感器组成，每个传感器同时工作，收集有关激光脉冲产生的超声波振动的特定数据。为什么需要用到多个传感器？就是因为超声波振动的持续时间很短，单纯用一个传感器收集数据会不堪重负的，但是多个传感器必然会造成前面提到价格昂贵的问题。而该研究团队正是解决了这一问题，以一种中继装置代替多个传感器。该中继装置的作用相当于一个允许声音回响的腔室，当超声波振动穿过这个中继器时，它们会发生时间膨胀。

随着研究团队的努力，最新的技术诞生了，其名为PACTER，是此前PATER的最新版本，它能做到让系统只需使用一个传感器，就能利用软件收集到相当于6400个传感器的数据。这属于是完完全全的超越，重新定义了光声成像技术。

其得益于系统的改进，通过三维图像超越了原先的PATER，而PATER只能生成二维图像。首先将一个传感器扩展为数千个虚拟传感器，而不是直接采用计算密集型方法从单传感器数据中重建三维图像。这一想法简化了三维图像重建的过程，使其与光声成像的传统方法更加接近。其次，与 PATER 相比，PACTER 无需在每次使用前进行校准。所谓的校准是必要的，因为系统会向组织发射激光光脉冲，导致＂回波＂反弹到换能器，阻碍了超声信息的直接感应。而PACTER通过在系统中加入一个被称为延迟线的组件来克服这一难题。延迟线迫使回波沿着更长的物理路径返回换能器，确保回波在接收到直接超声信息后到达。