光聲成像技術(shù)的簡單原理是：當(dāng)物質(zhì)（比如生物組織）被脈沖寬度為若干納秒的激光脈沖照射時，物質(zhì)會吸收激光能量并將其轉(zhuǎn)換為熱能，會產(chǎn)生瞬間的熱膨脹并迅速的恢復(fù)，這個瞬間膨脹并恢復(fù)的微小弛豫過程會導(dǎo)致頻率落在超聲波段的振動，這個振動是可以方便的被超聲波換能器接收并實現(xiàn)超聲波成像。簡而言之，就是脈沖光誘導(dǎo)超聲，后續(xù)實現(xiàn)超聲成像，即光聲成像（Photoacoustic Imageing) .

我們知道，光在生物組織內(nèi)會產(chǎn)生很大的散射，組織中的散射比光學(xué)信號的散射弱2~3個數(shù)量級，與傳統(tǒng)的光學(xué)成像技術(shù)相比，光聲成像技術(shù)可實現(xiàn)深層組織光學(xué)吸收的高分辨率成像。

而和傳統(tǒng)的B型超聲波成像技術(shù)比較，光聲信號的產(chǎn)生是光吸收產(chǎn)生主動誘導(dǎo)的超聲，而隨著生物組織的不同，光吸收率是不同的，超聲產(chǎn)率也是不同的。我們馬上可以想到，如果調(diào)諧激光波長到某組織最佳的吸收波長上，不單單可以獲得最佳的超聲產(chǎn)率，從而實現(xiàn)選擇性激發(fā)；實現(xiàn)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過B型超聲成像空間分辨率和組織分辨率的三維成像（比如血管成像，黑色素，脂質(zhì)分布成像）；又比如可以選擇如血紅蛋白吸收峰797nm做激發(fā)，做包括血紅蛋白濃度、氧飽和度、血流速率、代謝速率等功能性生理特征成像；進(jìn)一步的，還可以開發(fā)外源性造影劑，進(jìn)一步的增強信噪比，提升成像質(zhì)量，實現(xiàn)靶向組織（比如癌癥病理組織）的高指向性成像，以利癌癥的早期篩查和治療。

從光聲成像應(yīng)用的光源選擇上，大致牽涉到如下一些指標(biāo)：

1. 激光能量：大致為mJ級別以上，能量越高自然激發(fā)出的超聲越強，但考慮到生物組織對于激光輻射的耐受，一般控制到激光能量密度20-100mJ/cm2,而真正應(yīng)用到人體檢測時，肯定還需要通過繁復(fù)嚴(yán)格的人體安全認(rèn)證。這就是現(xiàn)在商用光聲成像系統(tǒng)大多是小動物成像系統(tǒng)的原因之一。另一方面我們也可以推知，激發(fā)用激光不是功率或能量越高越好，有時為了保護(hù)生物組織，是要對激光做擴(kuò)束或衰減的。

2. 脈沖寬度： 為了有效的激發(fā)光致超聲，激光的脈沖寬度選擇在納秒量級較適合。而獲得納秒激光脈沖最常見有兩種形式，一個是利用Q開關(guān)產(chǎn)生納秒脈沖，Q開關(guān)關(guān)閉時是讓激光器內(nèi)部積蓄能量，而后Q開關(guān)打開是，激光就在納秒時間內(nèi)發(fā)射，優(yōu)點是由于有了能量積蓄再發(fā)射的功能，輸出能量高，脈沖波形好。缺點是成本稍高，激光器體積稍大。另一種形式是對半導(dǎo)體激光管做直接的脈沖調(diào)制，優(yōu)點是價格低，激光體積??；缺點是脈沖能量較低，脈沖波形稍差。

3. 激光波長：一般會集中在可見光到近紅外波段。波長的選擇大致的規(guī)律是：波長越長，穿透生物組織的深度越深（這就是不斷有人會嘗試更長波段激發(fā)的原因）；波長越短，往往需要選擇相對低的激光能量以保護(hù)組織（由于組織穿透深度相對更淺，同等的激光能量會更容易在淺表組織聚集）；第三是根據(jù)不同組織選擇特定的激發(fā)波長。如果把OPO里面的泵浦激光器（即Q開關(guān)的YAG激光器）孤立出來，也可以做光聲激發(fā)，相當(dāng)于放棄了OPO波長可調(diào)諧的功能，輸出波長就只保留了532nm綠光和1064nm近紅外；另外保留了Q開關(guān)納秒高能量的功能，實際來看，納秒YAG激光器因為其價格遠(yuǎn)低于OPO可調(diào)諧激光器，是光聲成像實驗室非常好的常規(guī)光源，從使用量上看是高于OPO可調(diào)諧激光器的。第三類激光器是小型納秒脈沖激光二極管或LED, 好處是有多個波長可以選擇，體積小，能耗低，價格便宜，且適合于系統(tǒng)整合，缺點是脈沖能量較低，脈沖波形稍差。

下面分別列舉上述三種光聲激發(fā)用激光器的參考型號

1. 可調(diào)諧OPO（光學(xué)參量振蕩器）激光器：

代表廠家：美國OPOTEK公司，其Phocus Mobile光聲成像應(yīng)用專用可調(diào)諧OPO激光器，以其使用簡便，工作穩(wěn)定著稱，并被多家光聲成像廠家和研究組應(yīng)用在小動物光聲成像系統(tǒng)中。

對光聲成像應(yīng)用客戶而言，推薦型號是Phocus Mobile，因其在各個方面都周全照顧到客戶的使用場景。

-內(nèi)置超級穩(wěn)定的法國Qsmart型Nd:YAG激光泵浦源

-自動相位匹配,內(nèi)置功率計和波長計

-視窗化軟件完成操作控制，一鍵轉(zhuǎn)換波長，可設(shè)置單發(fā)轉(zhuǎn)換波長和單發(fā)快速波長掃描。

-整機內(nèi)置減震，適合快速推車轉(zhuǎn)場，光纖輸出適合耦合匹配至光聲成像模塊。

-整機高度集成化和自動化，客戶無需任何激光經(jīng)驗也可在半天內(nèi)由我司培訓(xùn)操作與維護(hù)。

-我司是OPOTEK可調(diào)諧激光器和Quantel激光泵源的中國維修服務(wù)站，可為客戶提供優(yōu)化到器件級別的經(jīng)濟(jì)與高效的服務(wù)。

2. 納秒Nd:YAG激光器：

代表廠家：法國Lumibird-Quantel 公司，對于光聲成像應(yīng)用，單獨Nd:YAG激光器的優(yōu)點是價格便宜很多，但輸出波長一般只有532nm和1064nm?？蛻敉巧镝t(yī)學(xué)方向，希望拿到的激光器是操作維護(hù)超級簡便，工作穩(wěn)定;Quantel的系列激光器非常符合這樣的要求。用戶可在不同的激光能量與激光重復(fù)頻率的匹配上做如下的選擇：

3. 納秒脈沖二極管激光器：

代表廠家：Lumibird-Quantel, 脈沖二極管激光器做光聲成像的光源有由于體積小，能耗低；特別適合于集成進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的B型超聲波操作手柄內(nèi),Quantel公司已經(jīng)和多家友商合作，如您希望做類似的產(chǎn)品研發(fā)，可聯(lián)系Quantel公司在華代理先鋒科技公司。

如果是科研客戶，您可以選擇標(biāo)準(zhǔn)納秒脈沖二極管激光器，Quantel可在一臺激光器內(nèi)集成4個波長的發(fā)射模塊，這樣客戶就可以自由切換波長做選擇性激發(fā)。