超灵敏 PAM 通过低功耗光源确保图像质量

香港城市大学（中大）开发的多光谱、超低剂量光声显微镜（SLD-PAM）系统的灵敏度大大高于传统的光学分辨率光声成像。

SLD-PAM 的灵敏度极高，有助于扩大光声显微镜在生物医学领域的应用。将来，它还可以应用于临床环境；例如，它可以用于眼科检查，在这种情况下，为了病人的安全和舒适，最好使用低功率激光。药代动力学或血流的长期监测也需要低剂量成像，以减轻对组织功能的干扰。

(a): SLD-PAM 系统和 (b)：探头和滤波器提高的灵敏度。由 Zhang, Y. 等人提供，https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202302486。

"高灵敏度对于高质量成像非常重要，"香港中文大学教授王立岱说。"它有助于检测不强烈吸收光的发色团（通过吸收特定波长的可见光而赋予材料颜色的分子）。

此外，由于低功率光源就足以操作SLD-PAM，它降低了光漂白、光毒性或对脆弱组织造成干扰的几率。

为了构建SLD-PAM，研究人员优化了他们之前开发的一项技术的光声探针设计，并采用了光谱空间滤波器。

研究人员定制了一个高数值孔径声学透镜，以优化光学和声学光束组合器，改善光学和声学焦点之间的对准。他们将这些改进与基于离散小波变换的创新型 4D 光谱空间滤波器算法相结合。该算法使 SLD-PAM 能够过滤所有三维空间和所有光波长的相干光声信号，大大提高了显微镜恢复微弱信号的能力。

与研究人员以前的技术相比，这些改进将显微镜的灵敏度提高了 6 到 33 倍。

(a).传统 PAM、(b).使用绿色光源的超低脉冲能量的 SLD-PAM 和(c).使用 SLD-PAM 通过双波长光谱不混合获得的氧饱和度图像的活体结果比较 传统 PAM，(b)：使用绿色光源的超低脉冲能量下的 SLD-PAM，(c)：SLD-PAM 通过双波长光谱未混合获得的血氧饱和度图像。由 Zhang, Y. 等人提供，https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202302486.

SLD-PAM 使用一种低成本、多波长、脉冲激光器，可提供从绿光到红光的 11 种波长。激光器的工作重复频率高达兆赫，光谱切换时间为亚微秒级。

研究人员利用绿光和红光光源，在超低脉冲能量下对 SLD-PAM 进行了活体动物成像测试。SLD-PAM 展示了高质量的解剖和功能成像。

SLD-PAM 使用的脉冲能量比已报道的最低体内成像结果低数十倍，只需最大允许曝光量的约 1%，即可对微血管进行可视化，并对血氧饱和度进行量化。这大大降低了潜在的光毒性或对正常组织功能的干扰。成功使用 SLD-PAM 对脆弱的眼部和脑组织进行成像表明，该技术具有在临床环境中使用的潜力。

在分子成像中，SLD-PAM 所需的激光能量大大降低，光漂白减少了约 85%。SLD-PAM 使用的造影剂减少了 80%，从而实现了高质量的分子成像，可能会降低生物毒性和代谢负担。

低剂量 PAM 和 (b)：SLD-PAM（均使用红光源的超低脉冲能量），以及 (c)：SLD-PAM 通过双波长光谱未混合获得的氧饱和度图像。由 Zhang, Y. 等人提供，https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202302486.

SLD-PAM 可与多种低吸收纳米试剂、小分子、基因编码生物标记物以及宽光谱低功率光源配合使用。该系统的成本相对较低，研究实验室和诊所都能负担得起。

"SLD-PAM能够对生物组织进行无创成像，对受试者的损伤极小，为解剖、功能和分子成像提供了一个强大而有前途的工具，"Wang说。"我们相信，SLD-PAM 有助于推动光声成像的应用，实现众多新的生物医学应用，并为临床转化铺平一条新的道路。

Wang和他的团队计划利用SLD-PAM系统在生物成像中测试更广泛的小分子和基因编码生物标记物。他们还打算在更宽的光谱范围内采用更多类型的低功耗光源，开发可穿戴或便携式光学分辨率光声显微镜系统。

该研究发表在《先进科学》（www.doi.org/10.1002/advs.202302486）上。