著名華裔生物醫(yī)學光學專家Science綜述

生物通報道：每一種新型成像技術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，近期來自華盛頓大學的研究人員發(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：光聲成像（photoacoustic tomography）更是如此。這一相關文章公布在Science雜志上。iso9000認證

文章的通訊作者是華盛頓大學著名生物醫(yī)學光學專家汪立宏（Lihong V. Wang）教授，汪教授現任國際生物醫(yī)學光學協會主席，華中科技大學“長江學者”講座教授。汪教授在生物醫(yī)學光學成像技術方面獲得了多項成果，已經出版了兩本專著，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醫(yī)學院的醫(yī)師們共同將四種光聲成像技術應用到了臨床，其中一種能觀察到前哨淋巴結（Sentinel Lymph Node），這對于乳腺癌發(fā)生階段具有重要意義。還有一種成像技術能監(jiān)控機體對化療的早期應答，第三種技術則能成像黑色素瘤，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，因為過量的氧燃燒（稱為高代謝，hypermetabolism）是癌癥的一個重要標志。汪教授說，因為癌癥早期階段，癌癥還沒有擴散，因此早期預警診斷無需造影劑，這將改變癌癥診斷。

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

前哨淋巴結是原發(fā)腫瘤引流區(qū)域淋巴結中的一個特殊淋巴結。在前哨淋巴結活檢術中，醫(yī)師們將放射性物質，染料，或者兩種同時注入病患，這些示蹤劑會被機體視為外來物質，因此首先會進入哨淋巴結，汪教授說，“通過γ探針，或者蓋格計數器(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，醫(yī)師們需要打開相關部位，追蹤染料，觀察前哨淋巴結。

在這個過程中，大約10%的病患會被發(fā)現存在癌變淋巴結，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險。

而采用光聲成像，則能利用光學染料，清楚直接的觀察到前哨淋巴結，以及組織樣品?！叭绻@種技術精確度確實高的話，那么我們將能將這個手術診斷過程，變成門診就能完成的活檢成像過程。”

除此之外，光聲成像還可以利用彩色成像，反映化學結構和功能。比如說檢測血紅蛋白的氧飽和度——當其為亮紅色的時候，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志。如果與光聲成像的其它參數共同參考，就可以計算組織某一區(qū)域中氧氣的利用。

汪教授從事光聲成像研究已經十余年，見證了這項技術的發(fā)展，他說，“每個頂級雜志的每一期都會刊登令人激動的實驗室發(fā)現”，“但是只有小部分能用到實際臨床中”，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，統一比例大小，幫助將微觀實驗室中的成果發(fā)現，應用到宏觀臨床實際操作中。（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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