JPhys Photonics编辑优选：光声显微成像中有限视角伪影校正的机制与进展
文章介绍
- 刘伟，哈尔滨工业大学（深圳）
研究背景：
随着光声成像向临床应用转化，有限视角问题成为严重影响诊断准确性的关键挑战之一。该问题最初在光声计算断层扫描中被发现，主要源于有限的接收角，而光声波的相干特性更是加剧了这一问题。过去普遍认为PAM由于采用逐点探测机制而对该伪影免疫，然而当生成的声学波长与光学焦深相近甚至更小时，这种假设便不再成立。特别是在对呈均匀分布且间距极小的微血管等结构进行成像时，微小吸收体发射的双极声波会发生相干叠加。在传播过程中出现的相消干涉会导致这些均匀结构的信号被严重抑制甚至完全丢失，这是PAM产生有限视角伪影的最主要原因。鉴于目前仍缺乏对PAM有限视角校正策略的系统性理论分析，本研究旨在填补这一空白，建立统一的物理机制解释，并系统评估现有校正方法的原理与临床适用性。
研究内容：
本文通过模型仿真确立了PAM中有限视角伪影形成的统一物理学解释，明确指出相干波的相消干涉是导致均匀或周期性微观结构信号丢失的核心原因。此外，本文系统分析了通过重塑初始声压分布或扩大检测孔径的四类工程范式，包括：
1)光学照明工程：利用动态散斑、高数值孔径（NA）聚焦或结构光照明来打破空间或吸收的均匀性。
2)声热工程：通过超声聚焦加热引入局部温度梯度，扰乱光声源的相干性。
3)探测器孔径工程：采用鱼眼形超声探测器或透明换能器来扩大有效接收角度。
4)生物标志物工程：利用特定分子的光谱吸收特征引入空间或功能的先验约束。
5)算法解决方案：总结了在不大幅改变硬件的情况下规避物理限制的算法，涵盖结合离轴激发的重建算法、利用生物组织固有时间变化的统计光声涨落成像，以及从纯数据驱动向融合物理原理演进的深度学习模型。
本文对PAM领域的有限视角校正方法进行了系统梳理与理论连接。研究指出，虽然工程方法丰富了物理信号的多样性，但面临系统复杂性、深度限制和组织损伤等折中问题；而算法方案依赖于物理模型且多帧采集限制了成像速度。因此，将工程硬件提供的数据多样性与算法模型相结合，是克服当前技术妥协、推动PAM走向临床高保真诊断的最具前景的路径。
作者介绍
刘伟 副教授
哈尔滨工业大学（深圳）
- 刘伟，哈尔滨工业大学（深圳）副教授、博士生导师、光学成像实验室PI。长期致力于免标记多模态光-声信息感知技术的前沿交叉研究，迄今在国际权威期刊累计发表SCIE检索论文82篇，Google学术总引用逾2600次，H指数30。先后主持国家自然科学基金项目、广东省/深圳市自然科学面上与人才项目及央企技术委托开发项目等，累计获批经费逾1150万元。入选广东省普通高校青年创新人才、深圳市海外高层次人才，曾获杜克大学2017-2018年度“最杰出博士后演讲者”奖励。
期刊介绍
- 2025年影响因子：4.7 Citescore: 7.3
- JPhys Photonics（JPPHOTON）是一本新出版的开放获取期刊，面向物理学中应用于光子学各个领域的高质量研究。期刊包含光子学研究中最重要和最激动人心的进展，着重关注跨学科和多学科的研究。涵盖领域包括：生物光子学和生物医学光学；能源和绿色技术应用，包括光伏；成像、检测和传感；光物质相互作用；光源，包括激光器和LED；纳米光子学；非线性和超快光学；光通信和光纤；光数据存储；光电子学、集成光学和半导体光子学；光子材料、超材料和工程结构；等离子体技术；传播，相互作用和行为；量子光子学和光学等。