光聲成像在婦科腫瘤的應(yīng)用研究進(jìn)展

龐未然

摘? 要：光聲成像技術(shù)是近年發(fā)展起來的一種新興生物醫(yī)學(xué)成像方法，它結(jié)合了純光學(xué)組織成像中高選擇特性和純超聲組織成像中深穿透特性的優(yōu)點(diǎn)，可得到高分辨率和高對(duì)比度的組織深層圖像，從原理上避開了光散射的影響。近年來，光聲成像在臨床醫(yī)學(xué)的眾多學(xué)科中均有了相關(guān)的應(yīng)用和發(fā)展，文章就光聲成像在婦科腫瘤中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：光聲成像;婦科腫瘤;高分辨率;深穿透

中圖分類號(hào)：R318? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2020）09-0193-02

Abstract： Photoacoustic imaging technology is a new biomedical imaging method developed in recent years， which combines the advantages of high selectivity in pure optical tissue imaging and deep penetration in pure ultrasonic tissue imaging. the deep tissue image with high resolution and high contrast can be obtained， which avoids the influence of light scattering in principle. In recent years， photoacoustic imaging has been applied and developed in many disciplines of clinical medicine. This paper reviews the research progress of photoacoustic imaging in gynecological tumors.

Keywords： photoacoustic imaging; gynecological neoplasms; high resolution; deep penetration

光聲成像是一種新型的、非侵入式的混合型生物醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，它集光學(xué)成像的高對(duì)比度以及超聲成像的高穿透深度的優(yōu)點(diǎn)于一身，為當(dāng)前臨床醫(yī)學(xué)檢測(cè)提供了更優(yōu)的方式，因此光聲成像的發(fā)展?jié)摿κ菬o限的。光聲成像的原理是：當(dāng)生物組織在接收脈沖激光的照射時(shí)，組織內(nèi)部的生色團(tuán)會(huì)吸收脈沖激光的能量，將光能轉(zhuǎn)化為熱能，并通過分子振動(dòng)和熱彈性效應(yīng)，使局部初始?jí)毫υ黾樱虼水a(chǎn)生超聲波，在組織體外部或腔內(nèi)放置的超聲探測(cè)器就可以接收到這些超聲波，并根據(jù)探測(cè)到的光聲信號(hào)來重建組織內(nèi)部對(duì)光的吸收分布圖像。以此得到的光聲圖像就可以作為病變?cè)\斷的依據(jù)，為臨床提供有效的信息[1]。

1 光聲成像在醫(yī)學(xué)診斷中的研究進(jìn)展

光聲（PA）技術(shù)作為一種新的非侵入性生物成像模式在臨床檢測(cè)中具有巨大的潛力，與傳統(tǒng)的光學(xué)成像相比，光聲成像（PAI）能夠在更深的成像深度下實(shí)現(xiàn)更高分辨率的成像，PAI的指導(dǎo)有助于遠(yuǎn)程控制藥物遞送[2]。此外，光聲成像還用于包括血管生長和抗血管生成反應(yīng)、微循環(huán)病理學(xué)、生物標(biāo)志物、腦生物學(xué)和藥物篩查反應(yīng)等內(nèi)在PA對(duì)比（血紅蛋白和黑色素）的研究，而且使用PA作為成像模式納米醫(yī)學(xué)評(píng)估和圖像引導(dǎo)藥物傳播正在出現(xiàn)[3]。在肌肉檢測(cè)中，定量光聲成像用于早期檢測(cè)肌肉缺血損傷[4]。在乳腺癌中，對(duì)原發(fā)性病變檢測(cè)有積極的臨床影響，用于乳腺癌術(shù)中分子水平的手術(shù)指導(dǎo)[5]。光聲成像還可用于皮膚外科醫(yī)生在術(shù)前體內(nèi)非黑色素瘤皮膚癌（NMSC）可視化的成像[6]。在技術(shù)方面，利用自制的納米探針，光聲成像實(shí)現(xiàn)了光聲分子成像和光熱治療。在前哨淋巴結(jié)治療上，光聲成像技術(shù)通過對(duì)美國食品藥品管理局（FDA）批準(zhǔn)的臨床外源性對(duì)比劑（吲哚菁綠或亞甲基藍(lán)）的成像，可以無損地在體外精確定位前哨淋巴結(jié)的位置，并通過活檢針，把手術(shù)轉(zhuǎn)化為活檢取樣的微創(chuàng)過程，這樣不僅極大地減少了病人的創(chuàng)傷和痛苦，也給醫(yī)生帶來極大的便利，并有望顯著地減少醫(yī)療費(fèi)用、降低手術(shù)創(chuàng)傷[7]。在輔助檢查方面，Yang等[8]設(shè)計(jì)的一種光聲內(nèi)窺鏡系統(tǒng)，它的基本成像原理與光聲顯微鏡一樣，不同之處在于光聲內(nèi)窺鏡對(duì)成像系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了微型化并采用了特殊的掃描機(jī)構(gòu)，以滿足深入人體內(nèi)部檢查的需要。在最新的報(bào)道中，研究人員表示光聲成像還能鑒別癌癥的分期與疾病進(jìn)展情況。該技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入臨床試驗(yàn)。隨著光聲成像在各系統(tǒng)中研究的開展，其在婦科腫瘤疾病中的研究也取得了一定實(shí)質(zhì)性成果。

2 光聲成像在婦科腫瘤中的研究進(jìn)展

女性婦科腫瘤一直是困擾廣大女性的惡性腫瘤之一，嚴(yán)重影響了女性的健康。常見的婦科腫瘤有外陰腫瘤、陰道腫瘤、子宮腫瘤、卵巢腫瘤和輸卵管腫瘤。以子宮及卵巢腫瘤多見，外陰及輸卵管腫瘤少見。從臨床來看，婦科腫瘤早期的發(fā)現(xiàn)比例依然不高，多數(shù)就診患者已處于中晚期，錯(cuò)失了治愈的機(jī)會(huì)，主要由于缺少更好的檢查診斷方法。

光聲成像在卵巢腫瘤中的應(yīng)用較多。Bhat R A等[9]利用離體卵巢腫瘤組織探討光聲光譜在記錄卵巢組織光譜中的應(yīng)用潛力，并利用光譜模式區(qū)分腫瘤與非腫瘤，這是一項(xiàng)初步研究。Aguirre A等[10]的實(shí)驗(yàn)室所設(shè)計(jì)開發(fā)的一個(gè)配準(zhǔn)超聲和光學(xué)成像系統(tǒng)用于卵巢的成像，這個(gè)系統(tǒng)是由一個(gè)1.75D的超聲陣列組成，可以提供多個(gè)超聲脈沖回波B型掃描的圖像，他們提供了立體人類卵巢圖像，包括正常、異常以及惡性卵巢組織，初步結(jié)果表明，光聲成像輔助超聲能夠基于光吸收以及分布格局來區(qū)分正常卵巢和惡性卵巢。Alqasemi U等[11]介紹了體外卵巢組織的超聲和光聲圖像的獨(dú)特特征以及這些特征與腫瘤生理的關(guān)系。通過一系列方法提取了24個(gè)特征，并用于訓(xùn)練三種分類器，包括廣義線性模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和支持向量機(jī)（SVM）。SVM的訓(xùn)練效果最好，并通過后續(xù)的新增識(shí)別，得出SVM具有100%敏感性和87.88%特異性將癌變與非癌變病例進(jìn)行分離。Jokerst J V等[12]提出一種結(jié)合光聲/拉曼方法，使用金納米棒（GNRs）作為被動(dòng)靶向分子顯像劑。這是首次使用光聲和拉曼顯像劑對(duì)卵巢癌腫瘤進(jìn)行體內(nèi)成像。研究了三種不同高寬比的GNRs。高寬比為3.5的納米粒子被選為體內(nèi)和體外PA信號(hào)最高的粒子，并用于活體小鼠成像，結(jié)果表示在3小時(shí)內(nèi)即可觀察到最大PA信號(hào)，且增加的信號(hào)持續(xù)至少2天。同時(shí)可以通過表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）成像清晰地顯示腫瘤與正常組織之間的邊界以及腫瘤的去瘤。最后他們還利用生物分布數(shù)據(jù)和元素分析驗(yàn)證了成像結(jié)果?；诩{米顆粒的光聲成像研究也越來越多。

在子宮腫瘤疾病中，現(xiàn)有的篩查和診斷方法并不能對(duì)子宮及子宮頸的病變進(jìn)行有效的檢測(cè)。具有皮下植入子宮內(nèi)膜（EMs）組織的裸鼠模型被廣泛用于人類子宮內(nèi)膜異位癥的研究。Ding等[13]將光聲顯微成像方法成功應(yīng)用于EM動(dòng)物模型3D成像的研究。依賴于獨(dú)特的光吸收特性，PAM在裸鼠模型中非侵入性診斷EM中表現(xiàn)出更高的靈敏度和特異性。此外，使用PAM的體內(nèi)研究可以同時(shí)成像EM病變和周圍血管，因此提供了非侵入性研究EM及其微環(huán)境的優(yōu)越途徑。Peng等[14]首次提出了宮頸癌（CC）的光聲診斷方法。該研究共進(jìn)行了30個(gè)體外實(shí)驗(yàn)，并對(duì)獲得的深度最大振幅投影（DMAP）圖像進(jìn)行分析，以評(píng)估不同臨床分期CC的血管生成程度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，正常組織的MOA很?。ň?0.025），即使在5mm的深度也能很好地區(qū)分高于CIN2的病變。結(jié)果還表明，MOA與病變分期有很強(qiáng)的相關(guān)性。這些結(jié)果提示PAI在CC的臨床診斷中可能有很大的應(yīng)用價(jià)值。Okawa S等[15]應(yīng)用富士公司生產(chǎn)的經(jīng)陰道探頭的PAI及超聲系統(tǒng)，對(duì)PAI在宮頸病變及癌的診斷中的作用進(jìn)行了研究。在利用PAI進(jìn)行定量診斷時(shí)，需要考慮光在生物介質(zhì)中的傳播。本研究嘗試?yán)没谟邢拊椒ǖ墓鈧鞑ツM，從宮頸PA圖像中重建吸收系數(shù)的圖像。進(jìn)行了數(shù)值模擬、體模實(shí)驗(yàn)和活體成像。驗(yàn)證了光聲成像在宮頸疾病中診斷和觀察有重要幫助。

3 展望

隨著技術(shù)的發(fā)展，光聲成像技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的有著越來越重要的應(yīng)用價(jià)值和廣闊前景，也取得了一定的突破，應(yīng)用到越來越多的領(lǐng)域當(dāng)中。但是光聲成像目前仍然具有一些局限性，比如成像過程中的聲學(xué)問題以及超聲換能器的研制及結(jié)果穩(wěn)定性等。在后續(xù)的研究中，希望光聲成像能夠?qū)崿F(xiàn)更大的突破，為臨床診斷和檢查提供更便利安全的手段。

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