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如何利用光聲成像進(jìn)行早期疾病檢測(cè)?

更新時(shí)間:2024-11-20瀏覽:46次
  光聲成像(Photoacoustic Imaging,PAI)是一種新興的生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù),它結(jié)合了光學(xué)成像的豐富對(duì)比度和超聲成像的高空間分辨率,能夠捕獲活體動(dòng)物和人類的形態(tài)、功能和分子信息,為從早期診斷到治療監(jiān)測(cè)提供了內(nèi)在的臨床指標(biāo)。利用該技術(shù)進(jìn)行早期疾病檢測(cè)的方式主要基于以下幾點(diǎn):
  一、成像原理
  光聲成像檢測(cè)的是組織受光激發(fā)而產(chǎn)生的超聲信號(hào)。在成像過(guò)程中,組織受電磁照射后產(chǎn)生熱膨脹,在組織內(nèi)部形成一個(gè)初始聲場(chǎng)。超聲換能器在組織周圍接收到傳播出來(lái)的聲波,利用聲波信號(hào)和相應(yīng)的重建算法,反向重建出初始聲場(chǎng),從而得到組織的電磁吸收分布重建。由于生物組織對(duì)聲音比對(duì)光更透明,所以就散射平均自由程而言,該技術(shù)提供了比光學(xué)顯微鏡更大的穿透性和可擴(kuò)展的空間分辨率。
  二、應(yīng)用方式
  1.高分辨率成像:光聲成像技術(shù)具有高分辨率,能夠檢測(cè)到微小的組織結(jié)構(gòu)變化。例如,在腫瘤檢測(cè)中,光聲顯微鏡可以診斷早期腫瘤,早期直徑小于300μm的腫瘤也可檢測(cè)到。這種高分辨率成像有助于醫(yī)生在早期階段發(fā)現(xiàn)疾病,從而采取及時(shí)的治療措施。
  2.功能成像:該技術(shù)能夠反映組織的光吸收分布,從而提供功能成像信息。這對(duì)于檢測(cè)組織的功能異常具有重要意義。例如,在腦疾病診斷中,光聲成像可以無(wú)標(biāo)記對(duì)小鼠大腦血管形態(tài)、血氧、血流量和氧代謝進(jìn)行成像并定量,有助于理解腦生理和病理過(guò)程。
  3.多波長(zhǎng)成像:該系統(tǒng)可以使用不同波長(zhǎng)的光對(duì)組織進(jìn)行成像,從而區(qū)分不同的組織成分。例如,在皮膚疾病檢測(cè)中,光聲顯微鏡可以用不同波長(zhǎng)對(duì)皮膚中的不同成分進(jìn)行成像,如黑色素用750nm波長(zhǎng)成像就可以與血紅蛋白區(qū)分開來(lái),脂質(zhì)成像則需要1200nm左右,水成像則需要1450nm左右。這種多波長(zhǎng)成像有助于醫(yī)生更準(zhǔn)確地判斷疾病的類型和程度。
  4.無(wú)創(chuàng)檢測(cè):光聲成像是一種無(wú)創(chuàng)成像技術(shù),不需要對(duì)患者進(jìn)行手術(shù)或注射造影劑。這使得該技術(shù)在早期疾病檢測(cè)中具有特別的優(yōu)勢(shì),可以減輕患者的痛苦和不適。
  三、實(shí)際案例
  1.早期口腔癌檢測(cè):有研究表明,應(yīng)用半手持式光聲成像系統(tǒng)對(duì)人體嘴唇毛細(xì)血管進(jìn)行了成像,成功觀察到人體嘴唇上豐富的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò),并發(fā)現(xiàn)潰瘍區(qū)域周圍的毛細(xì)血管與正常形態(tài)不同。這提示該技術(shù)可能在早期口腔癌檢測(cè)中具有潛在價(jià)值。
  2.早期胃癌檢測(cè):光聲顯微鏡圖像中的微血管、胃層(上皮細(xì)胞、固有層、粘膜肌層、粘膜下層、固有肌層等)清晰可見,聯(lián)合成像結(jié)果經(jīng)組織學(xué)驗(yàn)證且可信。此外,還可用于胃癌的Tis、T1a和T1b腫瘤的分化,有助于診斷早期胃癌(EGC)和內(nèi)鏡下粘膜下剝離術(shù)(ESD)。
  四、挑戰(zhàn)與展望
  盡管光聲成像在早期疾病檢測(cè)中顯示出巨大潛力,但仍面臨一些挑戰(zhàn)。例如,光在生物體內(nèi)的穿透深度有限,這限制了該技術(shù)在某些深層組織中的應(yīng)用。此外,光聲成像技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化和商業(yè)化過(guò)程也需要進(jìn)一步推動(dòng)和完善。未來(lái),隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和標(biāo)準(zhǔn)化工作的深入推進(jìn),該技術(shù)有望在早期疾病檢測(cè)中發(fā)揮更大的作用。
  光聲成像技術(shù)以其高分辨率、功能成像、多波長(zhǎng)成像和無(wú)創(chuàng)檢測(cè)等特點(diǎn),在早期疾病檢測(cè)中具有特別優(yōu)勢(shì)。未來(lái)隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善,光聲成像有望在更多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用和推廣。
 

 

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