著名華裔生物醫(yī)學(xué)光學(xué)專家Science綜述

生物通報道：每一種新型成像技術(shù)都像是有著神奇的光環(huán)，突然一下就能看到之前不能看到的事實(shí)，近期來自華盛頓大學(xué)的研究人員發(fā)表了題為“Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs”的綜述文章，介紹的一種近年來迅速發(fā)展的成像技術(shù)：光聲成像（photoacoustic tomography）更是如此。這一相關(guān)文章公布在Science雜志上。iso9000認(rèn)證

文章的通訊作者是華盛頓大學(xué)著名生物醫(yī)學(xué)光學(xué)專家汪立宏（Lihong V. Wang）教授，汪教授現(xiàn)任國際生物醫(yī)學(xué)光學(xué)協(xié)會主席，華中科技大學(xué)“長江學(xué)者”講座教授。汪教授在生物醫(yī)學(xué)光學(xué)成像技術(shù)方面獲得了多項(xiàng)成果，已經(jīng)出版了兩本專著，在Nature Biotechnology, Physical Review Letters, Physical Review, Optics Letters, 和IEEE Transactions上發(fā)表上百篇論文。

汪教授與來自華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的醫(yī)師們共同將四種光聲成像技術(shù)應(yīng)用到了臨床，其中一種能觀察到前哨淋巴結(jié)（Sentinel Lymph Node），這對于乳腺癌發(fā)生階段具有重要意義。還有一種成像技術(shù)能監(jiān)控機(jī)體對化療的早期應(yīng)答，第三種技術(shù)則能成像黑色素瘤，最后一種能觀察消化道。

其中最令人激動的是光聲成像能揭示組織氧利用的情況，因?yàn)檫^量的氧燃燒（稱為高代謝，hypermetabolism）是癌癥的一個重要標(biāo)志。汪教授說，因?yàn)榘┌Y早期階段，癌癥還沒有擴(kuò)散，因此早期預(yù)警診斷無需造影劑，這將改變癌癥診斷。

前哨淋巴結(jié)活檢術(shù)是光聲成像技術(shù)發(fā)展的一個典型例子，前哨淋巴結(jié)是最接近腫瘤（比如乳腺腫瘤）的淋巴結(jié)，也是癌細(xì)胞最先遷移之處。

前哨淋巴結(jié)是原發(fā)腫瘤引流區(qū)域淋巴結(jié)中的一個特殊淋巴結(jié)。在前哨淋巴結(jié)活檢術(shù)中，醫(yī)師們將放射性物質(zhì)，染料，或者兩種同時注入病患，這些示蹤劑會被機(jī)體視為外來物質(zhì)，因此首先會進(jìn)入哨淋巴結(jié)，汪教授說，“通過γ探針，或者蓋格計(jì)數(shù)器(用于測量放射性)，可以定位放射性粒子”，“但是這只是一個粗略的位置”，要想找到淋巴結(jié)，醫(yī)師們需要打開相關(guān)部位，追蹤染料，觀察前哨淋巴結(jié)。

在這個過程中，大約10%的病患會被發(fā)現(xiàn)存在癌變淋巴結(jié)，但是還有5%的會引發(fā)副作用，比如肢體麻木，淋巴水腫，或者行動力下降等。因此這種診斷方法并非沒有風(fēng)險。

而采用光聲成像，則能利用光學(xué)染料，清楚直接的觀察到前哨淋巴結(jié)，以及組織樣品。“如果這種技術(shù)精確度確實(shí)高的話，那么我們將能將這個手術(shù)診斷過程，變成門診就能完成的活檢成像過程?！?/P>

除此之外，光聲成像還可以利用彩色成像，反映化學(xué)結(jié)構(gòu)和功能。比如說檢測血紅蛋白的氧飽和度——當(dāng)其為亮紅色的時候，是氧含量充足的時候，而顏色變暗則代表血紅蛋白釋放了氧。

幾乎所有的疾病，尤其是癌癥和糖尿病，都會引發(fā)異常的氧代謝，因此氧代謝情況是這些疾病的重要標(biāo)志。如果與光聲成像的其它參數(shù)共同參考，就可以計(jì)算組織某一區(qū)域中氧氣的利用。

汪教授從事光聲成像研究已經(jīng)十余年，見證了這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，他說，“每個頂級雜志的每一期都會刊登令人激動的實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)”，“但是只有小部分能用到實(shí)際臨床中”，其中的問題之一是這些成像都是通過不同的方法獲得的不同比例的圖像，因此相互比較困難。

汪教授希望能通過光聲成像，統(tǒng)一比例大小，幫助將微觀實(shí)驗(yàn)室中的成果發(fā)現(xiàn)，應(yīng)用到宏觀臨床實(shí)際操作中。（生物通：張迪）

光聲成像原理：

原文摘要：

Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs

Photoacoustic tomography (PAT) can create multiscale multicontrast images of living biological structures ranging from organelles to organs. This emerging technology overcomes the high degree of scattering of optical photons in biological tissue by making use of the photoacoustic effect. Light absorption by molecules creates a thermally induced pressure jump that launches ultrasonic waves, which are received by acoustic detectors to form images. Different implementations of PAT allow the spatial resolution to be scaled with the desired imaging depth in tissue while a high depth-to-resolution ratio is maintained. As a rule of thumb, the achievable spatial resolution is on the order of 1/200 of the desired imaging depth, which can reach up to 7 centimeters. PAT provides anatomical, functional, metabolic, molecular, and genetic contrasts of vasculature, hemodynamics, oxygen metabolism, biomarkers, and gene expression. We review the state of the art of PAT for both biological and clinical studies and discuss future prospects.
 

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