在生物组织等散射介质中实现光学聚焦，对于生物医学成像和治疗等领域具有重要意义。然而，光在生物组织中的散射作用极大地限制了其穿透能力和聚焦精度。为了克服这一挑战，科学家们一直在探索新的方法。最近，加州理工学院的研究团队提出了一种名为时间反转超声微泡编码（TRUME）的光学聚焦技术，该技术能够在深部组织中实现高分辨率的光学聚焦。
研究重点发现
TRUME技术的核心在于利用微泡作为“光学指南星”。微泡是一种在超声成像中广泛使用的对比剂，它们在受到聚焦超声波的作用时会发生非线性破坏，从而产生一个与微泡位置相关的光学场差异。通过测量这一差异，并播放其相位共轭版本，TRUME技术能够在微泡破坏的位置产生聚焦光斑。
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TRUME技术的实验设置包括一个数字光学相位共轭（DOPC）系统，用于记录和回放光波前。在记录阶段，系统通过相机捕获样品的散射光场。在回放步骤中，空间光调制器（SLM）显示记录相位的共轭版本，并将一个准直的“空白”光束调制以形成回放光场。实验中，通过精确对齐相机和SLM，实现了高保真度的相位共轭回放。
TRUME操作分为三个步骤：首先，测量一个光学场（场A），然后使用超声波破坏目标微泡，并立即测量第二个光学场（场B）。两个场的差异（场A-场B）是与微泡相关的散射光场。DOPC系统计算这个差异场，并回放一个相位共轭副本。由于差异场主要只包含微泡的信息，共轭光束聚焦于微泡破坏的位置。
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TRUME技术展示了在深部组织中实现约2微米分辨率的光学聚焦的能力。即使在微泡分布密集的情况下，TRUME也能够实现比超声焦点定义的分辨率高约两倍的可寻址焦点分辨率。这种技术不仅快速高效，而且具有很好的生物兼容性，为生物医学成像和治疗提供了新的可能。
出处
本文信息来源于《自然通讯》杂志上发表的研究文章，标题为“Optical focusing inside scattering media with time-reversed ultrasound microbubble encoded light”，作者包括Haowen Ruan, Mooseok Jang和Changhuei Yang，发表日期为2015年11月24日
