活体深部组织的高分辨成像，是脑科学研究、肿瘤评估与生物医学检测的重要支撑。然而经颅成像等复杂环境中，光在组织中的散射与衰减显著，传统光学显微技术难以兼顾成像深度与清晰度，成为制约无创监测与精准诊断的重要“瓶颈”。 从技术路径看，光声成像利用光激发产生的超声信号进行探测，在一定程度上绕开了纯光学成像对散射的敏感性，被认为是深部成像的有力方向。但在实际应用中，光声成像仍面临典型的物理权衡：高频超声探头具备更高分辨率，却难以深入组织；低频超声具备更强穿透能力，却容易出现细节模糊，形成“深而不清”的限制。尤其在颅骨、植入材料等异质介质存在时，声速不均与传播路径复杂更降低成像保真度，使“深”与“清”的兼得更加困难。 针对上述难题，中国科学院苏州生物医学工程技术研究所张雅超研究员团队近日提出一种计算光声介观显微新框架，在低频超声深穿透的基础上，通过“硬件稳定性提升+计算重建增强”的组合策略，探索在经颅及异质组织条件下实现深层高分辨成像的可行路径。 在对策层面，该团队首先从成像链路最易引入误差的环节入手，构建高速稳定扫描系统，并提出逐脉冲激光能量补偿与逐点空间位置校正的双重方案：一上通过光电二极管实时监测激光能量波动，对能量漂移进行补偿，减少因激发不均导致的数据起伏；另一方面结合高精度编码器实现点对点定位校准，抑制高速扫描带来的机械误差与位置偏差。上述措施意为后续计算重建提供更均匀、更稳定的高信噪比体积数据基础，降低系统性误差对分辨率的“先天”影响。 在计算重建上，团队提出方向加权角谱合成方法，将低频超声的穿透优势与合成孔径聚焦思路结合，并多声速模型框架下引入频域空间角度加权，对不同传播路径的信息进行增强与补偿。该策略旨在应对颅骨或植入物等异质介质造成的波前畸变与信息缺失，在不牺牲穿透深度的前提下，提升三维分辨率与结构真实性，为复杂生物组织环境下的成像质量提供“后端增益”。 从验证结果看，团队通过体外与活体实验对新框架进行了系统评估。在组织仿体、离体小鼠颅骨以及人体PMMA颅骨修复材料等条件下，新方法在深层横向分辨率上较传统方法分别提升32.5%、40%和46%，显示出在异质介质背景下对成像细节的改进能力。在活体应用中，该技术实现了经颅脑血管成像、小动物全身深层多波长与分子代谢成像、肿瘤可视化，以及无标记的人体皮肤血管成像，显示出跨尺度、跨场景的适配潜力。 业内人士认为，此进展的意义不仅在于单项指标提升，更在于为低频光声成像“补上”分辨率短板提供了系统化思路：通过前端采集稳定化减少误差累积，再以面向传播物理的重建策略进行信息补偿，使低频方案在复杂介质中的可用性更接近实际需求。随着无创监测需求增长与脑科学、肿瘤学等领域对高质量成像的依赖不断加深，此类“硬件—算法”协同的成像框架有望成为重要技术方向。 面向未来，研究团队表示，该框架有望为无创经颅监测、脑信号经颅解码、小动物分子影像研究及肿瘤评估等应用提供新的技术基础。进一步看，若在临床场景中实现更高水平的系统集成、稳定性验证与标准化流程，并在更大样本与多中心条件下开展评估，其应用边界有望从实验室走向更广阔的医疗与科研场景。 据介绍，有关研究成果以“Deep computational photoacoustic mesoscopy through heterogeneous tissues enabled by scanning compensation and angular-spectrum enhancement”为题，发表在国际期刊《Photoacoustics》上。
生命科学与医学影像的发展始终追求"看得更深、更清、更稳"。这项研究通过将硬件误差控制与复杂介质重建补偿有机结合，为解决经颅成像等难题提供了新思路。随着算法、器件和系统的提升，深部无创高分辨成像技术将在更多实际应用中展现其价值。