今日Nature光子学: 加州理工将遍历腔引入光声成像实现可穿戴式高通量测量

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最近，加州理工学院汪立宏（Lihong V. Wang）教授团队和华盛顿圣路易斯大学合作首次将遍历腔 （Ergodic Relay）的概念引入到光声成像中，极大的简化了成像系统装置，降低了系统成本。该技术将在可穿戴式医疗领域有广泛的应用前景。

这项新的突破近期以“Snapshot photoacoustic topography through an ergodic relay for high-throughput imaging of optical absorption”为题，发表于Nature Photonics，引起了科学界的广泛关注。

凭借其光学灵敏度和在深层组织中的声学高分辨力，光声成像已经成为目前最为火热的成像技术之一。光声成像在实验室科研和临床上诊断上都有广泛的应用。目前传统的光声成像要么利用单个超声换能器探头逐点扫描的方式进行大范围成像，扫描时间长，难以观测生物体内快速的动态活动；要么使用多个传感元的超声换能器阵列进行宽场成像，但是系统装置复杂，成本高。加州理工光学成像实验室首次实现了利用单个超声传感元进行单次激发二维成像，实现了高达千赫兹的帧率。

该技术首次将遍历腔引入到光声成像中，完成了对多维度空间信息的时间复用。如下图所示，该成像方法分为两步，第一步对遍历腔系统进行逐点标定，测量遍历腔的系统矩阵。第二步是进行宽场成像测量。将逐点标定的系统矩阵作为一组完备的基用于图像重建，从而可以实现由单个超声传感元检测的时间信号重建出二维的宽场图像。该方法极大地简化了系统，降低了成本，同时保持了成像品质。因为其简易的系统和出色的性能，这项技术有广阔的应用前景，特别是在可穿戴医疗设备进行人体重要生理指标和循环肿瘤细胞检测方面有重大的潜力。

该技术目前已申请美国专利一项，并已被一家美国高科技公司购买进行商业推广。

基于遍历腔的高速高通量光声形貌成像

该论文的通讯作者汪立宏教授为美国国家工程院院士，加州理工学院医学工程系与电子工程系Bren讲席教授，是目前最先进生物成像技术之一的光声成像的奠基人。汪院士在Science、Nature、Nature Biotechnology、Nature Photonics、Nature Methods、Nature Biomedical Engineering等国际顶级期刊报道多项突破性研究成果，是光声生物医学成像、光场调控及超快成像领域的领军人物。

华盛顿圣路易斯大学的博士生李洋和加州理工的李磊博士为论文的共同第一作者。李磊博士入选了《麻省理工科技评论》2019年“35 岁以下科技创新35 人”。其他作者Liren Zhu，Konstantin Maslov，Junhui Shi，Peng Hu，En Bo，杜克大学姚俊杰教授，魁北克大学梁晋阳教授以及香港城市大学王立代教授。

点击“阅读原文”阅读论文原文。

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