半岛综合体育光学诊断和治疗技术的突破已成为医学领域发展的关键驱动力。然而，由生物组织中折射率的异质性引起的光散射现象对深度成像和光学治疗施加了很大的限制。基于光纤的波导是抑制光散射的一种有效方法，但由于其侵入性，并不适合活体应用。基于相位调制的波前传感和传输矩阵方法可以有效地实现光聚焦，但存在计算时间长、系统复杂等缺点。声光调制是一种利用声波来改变介质的折射率并实现光调制的技术。它具有响应速度快、调制深度大等优点。相比传统的外部光学方法，如物理透镜，外部聚焦的光束在通过介质传播时仍然会发生明显的散射。现有的声光调制技术通过驻波在组织内形成虚拟波导，要求物于超声设备内部。由于设备物理结构施加的限制，这大大阻碍了它们在活体中的应用。目前，仍然缺乏一种具有快速高效、大深度调制能力和应用于活体的非侵入式虚拟光波导。
中南大学陈泽宇教授所在团队首次将全息声场调控和声光调制技术相结合，开发了一种基于声学全息图的体内虚拟光波导的调控方法，称为AH-VIEW。该方法具有光纤的基本物理原理，采用编码的声学全息图在目标介质内产生三维声场，实现介质的体积折射率的瞬时和稳健调制，从而成功诱导了活体内的低角度光散射，实现了毫米级深度的复杂生物组织内光散射抑制。该方法实现的两项关键创新：1）基于声学全息图的体积折射率调制以及声波和光波的同轴传播；2）用于活组织内的声光调制。
在初步实验中，研究团队分别通过光学成像、光热效应以及光声成像技术可视化了AH-VIEW在仿体实验、离体实验和活体实验中对散射光的轨迹调控效果。
目前，研究团队将该超声装置开发成一个更便捷、手持式的版本，与临床医生合作将该方法应用于皮肤等疾病中的光治疗。此外，论文通讯作者、中南大学陈泽宇教授表示，这一技术还将扩展到神经科学和增材制造等领域。
图1. AH-VIEW的原理。（A）通过AH-VIEW调制介质中光传播路径的概念图。（B）形成AH-VIEW的装置结构图。
图2. 声学全息图诱导的三维声场。（A）高压区的多平面声全息重建。感兴趣区域（ROI）显示放大区域的分布。（B）波前通过孔全息图传输后，以点状压力模式（振幅和相位分布）传播了三个图像平面。（C）超声波在x-z平面的压力场，包括模拟和实验结果BD体育。（D和E）最高压力区域的横向和纵向压力分布比较。（F）光波折射率的分布受高压声束的影响。
图3. 有和没有AH-VIEW的光学光线追踪模拟。（A和C）在没有AH-VIEW的情况下对散射介质（10 mm 厚度）中的激光束进行光学光线追踪模拟。（B和D）（A）和（C）的侧视图。（E和F）模拟没有AH-VIEW和有AH-VIEW沿4 mm至10 mm的光传播方向的光模式。此处对相同深度横截面的光学强度进行归一化。（G）显示了非介导散射介质和声介导散射介质在传播深度为10 mm处的光学图案，峰值强度值分别为3.98和4.53 Watts/cm2。（H）随着光传播深度的增加，比较没有AH-VIEW和有AH-VIEW的归一化峰值强度。右上图描绘了10 mm横截面处光学图案中心强度的横向分布。（I）从（G）中的右图中减去左图，观察AH-VIEW引起的光型变化。
图4. AH-VIEW调制下的光模式表征。在分别获得超声关闭和超声开启下琼脂糖和散射模型的光束分布后，将这两个图像相减，仅显示超声诱导的光束变化。显示的最终图像是减法后的光束轮廓。（A）原理验证的实验装置。L1，凹透镜;L2，凸透镜。（B–G）2%琼脂糖模型中超声诱导的光束轮廓变化的2D横截面和径向横截面图：（B）超声关闭、（C）11.0 bar、（D）12.2 bar、（E）13.4 bar、（F）14.6 bar、（G）15.8 bar时，。每种情况下的强度值都以（G）中最大强度值进行归一化。（H–M）2%琼脂模型与3%脂肪乳液混合时超声诱导的光束轮廓变化的2D横截面和径向横截面图：（H）超声关闭、（I）11.0 bar、（J）12.2 bar、（K）13.4 bar、（L）14.6 bar、（M）15.8 bar。每种情况下的强度值都以（M）中最大强度值进行归一化。为了量化光能的增强，在超声关闭光束剖面中描绘的感兴趣区域：（N）2%琼脂模型和（O）2%琼脂与3%脂肪乳液模型混合。（P）琼脂糖和散射体模中超声开启图像和超声关闭图像的同一感兴趣区域的强度增强比率。比例尺为1毫米。
图 5.声全息形成的原位虚拟波导对光热效应的影响。（A）光热效应示意图。（B）808 nm激光照射（1.2 W∙cm-2）下没有AH-VIEW和有AH-VIEW的体外猪皮温度变化示意图。（C）红外热像仪分别在超声开启组和超声关闭组中4-8分钟内拍摄的在猪皮表面的ICG温度分布。（D）无激光工作的超声波热效应引起的ICG温度变化。（E）激光照射4-8分钟下超声开组和超声关组温度变化的比较。（F）ICG温度变化图。比例尺为1厘米。
图 6. AH-VIEW调制PACT中光能的空间分布。AH-VIEW-PACT的视场缩小到6 mm，如放大视图所示，其中紫色虚线表示AH-VIEW策略实现的所有图像中有效光能增强的区域。（A）在532 nm脉冲激光照射下BD体育，位于散射模型内5 mm深度的9×9 mm叶脉样品的图像。（B）图6A中蓝色和黄色方块的放大视图，没有AH-VIEW。（C）图6B中沿绿线的信号曲线。（D）小鼠大脑AH-VIEW-PACT成像示意图。（E）解剖结构480 nm波长激光照射下的小鼠脑脉管系统图像，以及AH-VIEW-PACT成像区域的放大视图。（F）图6E中沿黄线和绿线E中沿蓝线的信号分布，该分布在光能增强区域之外。（H）在 480 nm波长激光照射下另一种小鼠脑脉管系统的解剖结构图像，以及AH-VIEW-PACT成像区域的放大视图。（I）图6H中沿黄线和绿线H中沿蓝线的信号分布，该分布在光能增强区域之外。
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