光学成像技术可视化生命的复杂细节，揭示了基本的生物生理和病理机制。但随着光信号深入组织，其强度会呈指数级下降，这种与深度相关的衰减不仅会影响图像质量和有关深层结构的关键信息丢失，还会破坏此类技术的诊断见解的可靠性。针对以上问题，我们团队创新的提出一种基于多偏振角激励和线二向色性解调磁取向角的抗衰减光声成像技术（OARPAT）。该角度策略将光通量与图像对比度分离，实现了深度分辨的各向同性对比度成像（图1）。
图1 基于多偏振角激励和线二向色性解调磁取向角的抗衰减光声成像示意图
团队提出的方法原理详述：基于各向异性吸收体的偏振选择性，偏振相关吸收系数可表示为：
式中θ=φ-ψ表示极化方向与吸收器主轴之间的夹角。μ∥和μ⊥分别表示主轴平行于激光电矢量方向和垂直于激光电矢量方向时吸收体的光吸收系数。则由不同偏振角激发所得光声信号幅值为：
e-αz为强度衰减项，表示随成像深度z的光强度衰减。通过解调偏振角分别为0º, 45º, 90º 和135º激发所得的光声信号幅值，可以获得各向异性吸收体的长轴取向角。
在这一解调运算中，通过差分比消除与深度相关的衰减因子，因此能够实现深度抗衰减光声成像。
在实验设计上，由于生物组织的二色性较弱，在这项工作中，磁等离子体，一种由纳米Au棒和Fe3O4纳米棒组成的平行二聚体被引入。通过定向磁场统一磁等离子体取向，偏振激发获取光声幅值，强度解调之后获取取向角，以角度作为成像对比度机制，理论建模表明，在信噪比为12 dB时，OARPAT的角精度为1.64°，与光声信号衰减了20 dB的传统PA成像相比，OARPAT的深度分辨的对比度增强了49倍（图2）。
图2 数值理论仿真
实验中，该方法实现了肿瘤细胞球在深度达7.2 mm的混沌散射培养基中的精确定位，避免了由于光学衰减而丢失的目标检测。在体内研究中能够可视化肿瘤体积分布和监测肿瘤浸润生长，深度可达4.25 mm（图3）。
图3 肿瘤细胞球的深层定位和肿瘤生长深度浸润监测的成像
本研究通过磁等离子体的取向角作为一种独立于光强衰减、目标浓度和背景干扰的非振幅对比机制。有效地克服了由于光学衰减引起的图像失真和信息丢失，为光学体成像生成了抗衰减、三维各向同性的对比度图像。
华南师范大学光电科学与工程学院的苏小叶博士和华南师范大学特聘副研究员张振辉老师对这项工作做出了同等的贡献，华南师范大学光电科学与工程学院的杨思华研究员为通讯作者，石玉娇副研究员为并列通讯。该研究获得了国家重点研发计划项目（2024YFF0507200）、国家自然科学基金项目（62335007、12304483、12174125）、广东省基础与应用基础研究基金项目（2024A1515010287、2024A1515010522、2021A1515011874）、中国博士后科学基金项目（2024M750971)以及宁波市重大研发计划项目（2023Z199）的支持。