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如何利用光声成像进行早期疾病检测?

更新时间:2024-11-20浏览:120次
  光声成像(Photoacoustic Imaging,PAI)是一种新兴的生物医学成像技术,它结合了光学成像的丰富对比度和超声成像的高空间分辨率,能够捕获活体动物和人类的形态、功能和分子信息,为从早期诊断到治疗监测提供了内在的临床指标。利用该技术进行早期疾病检测的方式主要基于以下几点:
  一、成像原理
  光声成像检测的是组织受光激发而产生的超声信号。在成像过程中,组织受电磁照射后产生热膨胀,在组织内部形成一个初始声场。超声换能器在组织周围接收到传播出来的声波,利用声波信号和相应的重建算法,反向重建出初始声场,从而得到组织的电磁吸收分布重建。由于生物组织对声音比对光更透明,所以就散射平均自由程而言,该技术提供了比光学显微镜更大的穿透性和可扩展的空间分辨率。
  二、应用方式
  1.高分辨率成像:光声成像技术具有高分辨率,能够检测到微小的组织结构变化。例如,在肿瘤检测中,光声显微镜可以诊断早期肿瘤,早期直径小于300μm的肿瘤也可检测到。这种高分辨率成像有助于医生在早期阶段发现疾病,从而采取及时的治疗措施。
  2.功能成像:该技术能够反映组织的光吸收分布,从而提供功能成像信息。这对于检测组织的功能异常具有重要意义。例如,在脑疾病诊断中,光声成像可以无标记对小鼠大脑血管形态、血氧、血流量和氧代谢进行成像并定量,有助于理解脑生理和病理过程。
  3.多波长成像:该系统可以使用不同波长的光对组织进行成像,从而区分不同的组织成分。例如,在皮肤疾病检测中,光声显微镜可以用不同波长对皮肤中的不同成分进行成像,如黑色素用750nm波长成像就可以与血红蛋白区分开来,脂质成像则需要1200nm左右,水成像则需要1450nm左右。这种多波长成像有助于医生更准确地判断疾病的类型和程度。
  4.无创检测:光声成像是一种无创成像技术,不需要对患者进行手术或注射造影剂。这使得该技术在早期疾病检测中具有特别的优势,可以减轻患者的痛苦和不适。
  三、实际案例
  1.早期口腔癌检测:有研究表明,应用半手持式光声成像系统对人体嘴唇毛细血管进行了成像,成功观察到人体嘴唇上丰富的毛细血管网络,并发现溃疡区域周围的毛细血管与正常形态不同。这提示该技术可能在早期口腔癌检测中具有潜在价值。
  2.早期胃癌检测:光声显微镜图像中的微血管、胃层(上皮细胞、固有层、粘膜肌层、粘膜下层、固有肌层等)清晰可见,联合成像结果经组织学验证且可信。此外,还可用于胃癌的Tis、T1a和T1b肿瘤的分化,有助于诊断早期胃癌(EGC)和内镜下粘膜下剥离术(ESD)。
  四、挑战与展望
  尽管光声成像在早期疾病检测中显示出巨大潜力,但仍面临一些挑战。例如,光在生物体内的穿透深度有限,这限制了该技术在某些深层组织中的应用。此外,光声成像技术的标准化和商业化过程也需要进一步推动和完善。未来,随着技术的不断进步和标准化工作的深入推进,该技术有望在早期疾病检测中发挥更大的作用。
  光声成像技术以其高分辨率、功能成像、多波长成像和无创检测等特点,在早期疾病检测中具有特别优势。未来随着技术的不断发展和完善,光声成像有望在更多领域得到广泛应用和推广。
 

 

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