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Lihong Wang 然而，高分辨率(即光学分辨率)PAM的一个限制是其狭窄的景深，这意味着它一次只能聚焦一层薄薄的组织(大约30微米，或大约一个皮肤细胞的长度，分辨率为1到2微米)。为了看到设备正在观看的平面上方或下方的东西，它需要在该平面上方或下方重新对焦。为了进行比较，想象一个人戴上老花镜做填字游戏。

Depth of field: At left, an image of a tree branch taken with a shallow depth of field. Only the foreground is in focus. At right, an image of the same branch taken with a deep depth of field. Both the foreground and background are in focus. 景深:左边是用浅景深拍摄的树枝图像。只有前景是焦点。在右边，这是用深景深拍摄的同一支树枝的图像。前景和背景都很清晰。

图片来源:NightWolf1223/Wikimedia Commons

在《自然光子学》杂志上发表的一篇新论文中，王和他的研究团队展示了他们如何开发出一种新的PAM变体，称为针形光束光声显微镜，或NB-PAM，其景深几乎是以前可以实现的14倍。这意味着NB-PAM可以在不重新聚焦的情况下创建样品的3-D图像，并且可以更好地生成表面不均匀的样品图像。

An image of mouse liver tissue taken with traditional photoacoustic microscopy (left) compared to an image of mouse liver tissue taken with needle-shaped beam photoacoustic microscopy (right). In the image at the right, structures are in focus over a greater range of depth.

用传统光声显微镜拍摄的小鼠肝组织图像(左)与用针形光束光声显微镜拍摄的小鼠肝组织图像(右)的比较。在右边的图像中，结构在更大的深度范围内被聚焦。

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“一些应用，比如在不需要使用显微镜载玻片的情况下研究组织样本，需要在高空间分辨率下对不均匀表面成像。”第一作者、医学工程博士后研究员曹睿(Rui Cao)说。“传统的PAM需要解决分辨率和景深之间的平衡问题，而我们的新技术已经克服了这一问题。”

NB-PAM通过使用更长更细的激光光束来提高其相对于相关PAM技术的景深，因此是“针形”的。光束光学特性的这种变化避免了与其他增加PAM技术的景深的尝试相关的一些缺点，例如工作更慢，或需要更多的计算机处理能力。

An illustration showing a side-by-side comparison of PAM techniques. In one, the laser comes to a sharp focus point and only dots near it are in focus. In the other, the beam is drawn into a long, thin neck, and objects throughout that neck are in focus. 传统光声显微镜(PAM)(左)与针状光声显微镜(NB-PAM)(右)的比较。在传统的PAM中，只有靠近激光焦点的物体才能被清晰地成像。在NB-PAM中，更长的、更窄的光束允许物体在更大的深度范围内被清晰地成像。

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这种针形光束是用一种叫做衍射光学元件(DOE)的特殊装置制造的。对于不经意的观察者来说，DOE看起来像一块小玻璃，但它实际上是一块熔融的二氧化硅，表面刻有精确的图案。这些模式重塑了用于成像的光束，因此它不再聚焦在沿传播轴的一个尖锐点上，而是被拉长成一个细长的颈部。因此，它能够在更大的深度范围内清晰地成像物体。

$Fingers wearing a rubber glove appear in this close-up image of a diffractive optical element. The DOE appears as a small glass disc with a paint pattern at its center.$

研究人员通过两种方式证明了这种更大的景深:使用紫外线激光对新鲜器官样本进行成像，使用蓝色激光对体内小鼠大脑血管进行成像。

“这项技术为在手术中研究组织样本提供了新的机会，这将允许完全去除癌细胞并最大限度地保存正常细胞。”Wang说，他也是Andrew and Peggy Cherng医学工程领导主席;医疗工程执行干事。“手术室翻译是未来研究的自然方向。”

A portrait of Rui Cao, who stands in front of a fountain with his arms crossed.

这篇描述NB-PAM的论文题为“具有针状光束的光学分辨率光声显微镜”，发表在12月1日的《自然光子学》杂志上。合著者是李磊(19届博士)、张一德和塞缪尔·戴维斯，他们都是医学工程领域的博士后学者;医学工程研究生罗依琳;斯坦福大学的赵晶晶和Adam de la Zerda;宾夕法尼亚大学杜林;以及南加州大学的周启发和蒋磊明。

这项研究的资金由美国国立卫生研究院提供。