近日，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與分子影像中心劉成波、鄭煒團(tuán)隊(duì)合作，在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)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(bào)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(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了30幀/秒的三維動(dòng)態(tài)光聲顯微成像，達(dá)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(diǎn)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(wú)標(biāo)記成像等優(yōu)勢(shì)，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(diǎn)掃描進(jìn)行三維圖像采集，受限于步進(jìn)電機(jī)、光學(xué)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(yuǎn)低于視頻幀率（30 Hz），難以滿足生物體快速生理活動(dòng)監(jiān)測(cè)的需求。

針對(duì)該問題，研究團(tuán)隊(duì)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(shí)現(xiàn)成像區(qū)域的結(jié)構(gòu)光場(chǎng)照明，通過快速調(diào)制結(jié)構(gòu)光場(chǎng)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(wú)需逐點(diǎn)掃描成像，克服了掃描器件對(duì)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(dú)特的頻譜稀疏特征，對(duì)頻譜信息進(jìn)行大幅壓縮采樣?；铙w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(shí)成像速度得到大幅提升。基于此，研究團(tuán)隊(duì)首次實(shí)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(shí)間和空間分辨率優(yōu)勢(shì)，SPN-PAM實(shí)現(xiàn)了小動(dòng)物活體水平，對(duì)微血管尺度血流再灌注過程的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，觀察到了血流量和流速的瞬時(shí)變化，為血流動(dòng)力學(xué)和組織代謝研究提供了一種潛在的有效手段。與此同時(shí)，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(jìn)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

該工作得到科技部重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金，中國(guó)科學(xué)院以及廣東省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等項(xiàng)目支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1364/BOE.459363