活体深部组织的高分辨成像长期受限于“光学扩散屏障”，尤其在经颅等异质环境中，光散射与衰减显著压缩了传统光学显微的成像深度。光声成像虽以声学探测绕开部分光学限制，但仍面临深度与分辨率的物理权衡——高频探头清晰却不够深，低频探头够深却不够清。如何兼顾“深”与“清”，成为光声成像发展的核心挑战。
针对深度与分辨率难以兼顾的关键瓶颈，张雅超研究员团队提出基于低频超声换能器的计算光声介观镜（CPAMe）新框架。该框架融合“实时稳定硬件体系”与“计算重建增强策略”，在保持低频声波深穿透优势的同时，通过硬件误差补偿与 k 空间特征选择，实现了经颅及复杂异质组织条件下的深层高分辨结构与功能成像，突破了传统低频成像“深而不清”的限制。具体创新如下：
(1) 面向高质量数据获取的实时稳定硬件体系
团队构建高速稳定扫描系统，提出逐脉冲激光能量补偿与逐点空间位置校正的双重策略。通过光电二极管实时监测激光波动、结合高精度编码器进行点对点定位校准，有效抑制能量漂移与机械误差，在高速扫描下仍可获得均匀、稳定的高信噪比体积数据，为计算重建奠定可靠基础。
(2) 方向加权角谱合成的计算成像方法
团队提出方向加权角谱合成技术，将低频超声的深穿透优势与合成孔径聚焦相结合，在多声速模型框架下引入频域空间角度加权，实现对不同传播路径信息的增强与补偿，从而在颅骨或植入物等异质介质条件下显著提升三维分辨率与结构保真度。
通过系统的体外与活体验证，团队证明CPAMe显著提升了经异质组织的成像质量。在组织仿体、离体小鼠颅骨及人体PMMA颅骨修复材料条件下，其深层横向分辨率较传统方法分别提升32.5%、40%和46%。在活体实验中，CPAMe实现了经颅脑血管成像、小动物全身深层多波长与分子代谢成像、肿瘤可视化，以及无标记人体皮肤血管成像，展现出优异的跨尺度与跨场景应用能力。
未来，CPAMe有望为深层高分辨成像提供一条实用且可扩展的新路径。该平台将为无创经颅监测、脑信号经颅解码、小动物分子影像及肿瘤评估等应用提供新的技术基础。
图一. 计算光声介观镜（CPAMe）示意图，包含硬件采集系统和计算重建算法
图二. CPAMe无创经颅活体成像、小动物全身成像、基于ICG染料的肿瘤可视化
图三. CPAMe无标记人体皮肤血管成像
相关研究成果以题为“Deep computational photoacoustic mesoscopy through heterogeneous tissues enabled by scanning compensation and angular-spectrum enhancement” 的论文发表在国际知名期刊Photoacoustics (中科院一区TOP) 上。苏州医工所博士研究生杨炳乾为论文的第一作者，中国科学院苏州医工所崔崤峣研究员和张雅超研究员为通讯作者。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、江苏省前沿技术研发计划、江苏省先进诊疗技术与装备重点实验室项目、姑苏青年创新创业领军人才计划、苏州市基础研究试点项目的资助。
原文链接：https://doi.org/10.1016/j.pacs.2026.100813
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