A fast all-optical 3D photoacoustic scanner for clinical vascular imaging

扫描仪 生物医学工程 医学 生物医学中的光声成像 计算机科学 放射科 人工智能 光学 物理
作者
Nam Huynh,E. Zhang,Olivia Francies,Filip Kuklis,Thomas J. Allen,Jiaqi Zhu,Oshaani Abeyakoon,Felix Lucka,Marta M. Betcke,Jiří Jaroš,Simon Arridge,Ben Cox,Andrew Plumb,Paul C. Beard
出处
期刊:Nature Biomedical Engineering [Nature Portfolio]
被引量:2
标识
DOI:10.1038/s41551-024-01247-x
摘要

Abstract The clinical assessment of microvascular pathologies (in diabetes and in inflammatory skin diseases, for example) requires the visualization of superficial vascular anatomy. Photoacoustic tomography (PAT) scanners based on an all-optical Fabry–Perot ultrasound sensor can provide highly detailed 3D microvascular images, but minutes-long acquisition times have precluded their clinical use. Here we show that scan times can be reduced to a few seconds and even hundreds of milliseconds by parallelizing the optical architecture of the sensor readout, by using excitation lasers with high pulse-repetition frequencies and by exploiting compressed sensing. A PAT scanner with such fast acquisition minimizes motion-related artefacts and allows for the volumetric visualization of individual arterioles, venules, venous valves and millimetre-scale arteries and veins to depths approaching 15 mm, as well as for dynamic 3D images of time-varying tissue perfusion and other haemodynamic events. In exploratory case studies, we used the scanner to visualize and quantify microvascular changes associated with peripheral vascular disease, skin inflammation and rheumatoid arthritis. Fast all-optical PAT may prove useful in cardiovascular medicine, oncology, dermatology and rheumatology.
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