声光成像1--发展概述

声光成像是利用声光效应的一项成像技术，英文名称Ultrasound-modulated optical tomography（UOT），直接翻译是超声调光层析成像技术，又叫acousto-optic image（AO），本文主要介绍光声成像的部分发展情况

一、声光效应

当超声波穿过介质时，在其内产生周期性弹性形变，从而使介质的折射率产生周期性变化，相当于一个移动的相位光栅，称为声光效应。若同时有光传过介质，光将被相位光栅所衍射，称为声光衍射。
利用该原理可以调制光的激光束的强度、方向和频率。

如图所示，简而言之就是声波可以通过改变介质的特性，影响穿过介质的光路。

二、声光成像原理

如下图所示，声光效应主要有两种方式：1、利用超声改变介质压力场，改变介质的折射率来改变透过介质的光路；2、利用超声移动散射粒子来改变光路。

超声（US在组织中的散射远小于光，因此我们可以将其用于组织中的定位。用1µs激光脉冲照射长度为1µs的小超声波脉冲。在这1µs的照射时间内，US封装几乎固定在组织中，并调制通过此US压力场的光子。在穿过整个样本的所有光中，只有一小部分受到超声波的调制。
调制通过以下方式进行：1：由于超声压力的作用（拉曼-纳特效应）而引起介质折射率变化； 2：散射粒子随着US频率改变光路而略微振动。振动粒子上的散射会导致多普勒频移随US频率变化。最后，超声波改变了光路，并对光进行了频率调制，这小部分调制光具有局部注量的信息。再用测量出标注的局部信息，即可得到介质样本的特征信息。
声光信号采集装置如下图所示。

三、常见UOT系统结构

基本系统结构如图，US探头发射超声波给生物组织，并聚焦到生物组织上，再由Laser发射激光，激光透过生物组织时，在超声聚焦的点发送频率和相位的变化获得标记，再由CCD接收激光。分析激光中的标记信息，即可获得生物组织由于超声作用发送的变化，从而得到生物组织的信息，并且所接收的光信号本身还带有光成像信息，故声光成像综合了声信号和光信号的信息。光信号具有高对比度，声信号具有高分辨率，各取所长。

一些是两种典型的声光系统硬件图

四、声光图像重构算法

目前声光图像重构算法主要以迭代为主。

Reconstruction and stability in acousto-optic imaging for
absorption maps with bounded variation一文中，提出了一种快速迭代法，如下图

Ultrafast acousto-optic imaging with ultrasonic plane waves一文中利用超声相位波，提出一种超快的成像方法，但是需要两个超声探头

目前的声光重构算法主要以傅里叶变换，radon变换，迭代法为主。