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光聲影像系統之開發

為了解決頭髮直徑mm的問題，作者吳岱杰 這樣論述：

光聲成像(Photoacoustic imaging, PAI)是一種基於光聲效應所發展的醫學成像技術。此技術使用特定波長的脈衝雷射作為光源照射在生物組織內，再利用超音波感測器接收組織內生物分子吸收光能後產生的壓力波。由於不同的生物分子如血紅色、黑色素、水和肌肉組織等具有不同的光吸收率，其釋放的壓力波強度則會依據光吸收率、含量和濃度也有所不同。透過此對比機制得到的影像不但具有光學解析度，還能達到與超音波技術相同的成像深度。有鑒於光聲成像技術所具備的優勢，本研究將著重於儀器設置、實驗架設、系統開發以及影像重建技術，開發一套具高解析度，快速掃描，安全且符合臨床使用的光聲學醫學影像系統。 本

研究首先建立了以光聲斷層掃描法(Photoacoustic Tomography, PAT)為主的成像系統。系統中使用波長為700 nm的脈衝雷射作為光聲激發源，並以單一個聚焦式超音波探頭以環形掃描的方式針對試片進行影像重建。試片主要分為人造仿體和動物器官兩種，仿體為一透明果凍狀物質，其聲學性質與水相仿；動物器官則以雞睪丸為主，其血管分佈相當明顯且多半存在於次表面處。實驗過程中我們提出兩種訊號處理方式以增進影像的解析度，其分別為反摺積法(Deconvolution)和LMS可適性濾波器(LMS Adaptive filter)。透過此訊號處理技術，我們能成功地重建出雞睪丸表面的血管分佈情形，影

像的橫向解析度(Lateral resolution)可達200um。 在PAT之後接著開發出具有光學解析度的光聲顯微鏡(Optical-Resolution, Photoacoustic Microscopy, OR-PAM)系統。此系統使用高脈衝頻率的光纖雷射配合二維振鏡達到快速掃描的功能，其中使用了光聲載台(Optic-Acoustic transmitter)使光聲源能以共軸共焦的方式被激發和接收。依據光聲載台內光學稜鏡的配置，我們依續發展出四個階段性的光聲顯微鏡系統。與光聲斷層掃描法相比，光聲顯微鏡不需任何重建理論或複雜的訊號處理技術即可以二維線性掃描取得高對比度的光聲影像。實

驗結果顯示，雖然透過光聲載台能取得具有大振幅的光聲訊號，但由於光學透鏡之間的干涉，在擷取到的光聲訊號中產生了多重反射波的現象。此現象不僅造成判讀上的困難也影響了三維成像的結果。 因此，本研究同時與日本熊本大學合作，以溶膠凝膠噴塗法(Sol-gel spray method)將鋯鈦酸鉛(PZT)噴塗在具有曲面的不銹鋼基材上作為壓電感應層接收光聲訊號。透過曲面的設計能使得感測器對光聲源以共軸聚焦方式進行接收，不需額外透過光聲載台以避免能量的損失。此外，基材中間有一直徑為3 mm的孔洞能讓聚焦雷射光穿過並配合二維振鏡完成小區域的快速掃描。與原本的光聲顯微鏡系統相比，此共焦光聲感測器(Confo

cal photoacoustic transducer, CPT)不但縮小了接收端的體積，在接收效能上也提升許多。實驗結果顯示當雷射脈衝能量同樣為0.6uJ時，CPT能分別在人類頭髮和雞睪丸表面血管取得振幅達4伏特和5伏特的光聲訊號。較原本PAM系統相比，光聲訊號的振幅值可達3倍以上。此外，在體外動物器官實驗中也成功地針對寬度75um的血管進行光聲成像，並透過三維成像技術量測出血管於表面以下之深度。