加州理工学院的研究人员们提出了一种被命名为针状光束光声显微成像技术（NB-PAM）的新型光声显微成像（photoacoustic microscopy, PAM）技术。该项技术使用了针状激光束扩大了显微成像的景深，相比以往的光声显微成像，景深扩大14倍。
景深的增加提高了样本成像的分辨率，即使对那些表面不均匀的样本也能看得更清；不仅如此，还能在更广的深度范围内对物体进行清晰成像。
传统光声显微成像中激发光束聚焦在非常小的范围内，因此一次只能聚焦在一层组织上——约为一个皮肤细胞的长度。如果要想观察当前视图上层或者下方的区域，必须进行重新聚焦。而相比之下，NB-PAM无需重新对焦，就能获取高质量的体积图像。
此外，传统光声显微成像只能对激光焦点附近的物体清晰成像。与之不同，NB-PAM的光束被聚焦成一个长且细的针状，整个范围内的物体都清晰可见。
图1 不同景深的成像效果：左图是用浅景深拍摄的树枝，只聚焦了前景；右图是用深景深拍摄的同一支树枝，前景和背景都同样清晰
NB-PAM所用的光束比传统光束更长、更细，从而改善了景深。为对光束进行整形，研究人员使用了由熔融二氧化硅制成、表面经过设计的衍射光学元件。研究人员说，衍射光学元件输出了一种针状光束，光束直径保持良好、轴向强度分布均匀、旁瓣几乎可以忽略不计。
此外，研究人员通过改变光束的光学特性，在不增加成像用时、无需额外计算的情况下增加了景深。借助特制的衍射光学元件，研究人员将NB-PAM的景深扩展到了约28倍瑞利长度。研究人员使用266nm UV激光对新鲜、无需切片的器官样本进行了成像，证实了景深的增加。他们还使用532nm蓝色激光对小鼠大脑血管系统进行体内成像，以进一步证明NB-PAM景深的增加。
传统PAM可以用来观察大脑中的血液流动变化，检测癌变组织，甚至可以识别单个癌细胞。而NB-PAM进一步提高了景深，为无需切片的术中病理成像和体内器官成像提供了新的途径。
图2 传统PAM成像小鼠肝组织图像（左图）与NB-PAM拍摄的小鼠肝组织图像（右）；右图中，组织结构被聚焦的深度范围更大
领导该研究小组的Lihong Wang教授说：“这项技术为手术中研究组织细胞开启了新的大门，有望实现在最大程度保留正常细胞的同时、完全去除癌细胞。未来的一大研究方向将转向手术室中的应用。”
