【摘要】 光声成像（PAI）是一种强大的技术，它依赖于通过光吸收产生成像对比度，并且可以微米级分辨率成像。

微循环促进血液组织的营养物质交换并调节血液灌注。因此，它对于维持组织健康至关重要。微循环异常可能表明潜在的心血管和代谢病理。因此，有关它的定量信息具有很大的临床意义。光声成像（PAI）是一种强大的技术，它依赖于通过光吸收产生成像对比度，并且可以微米级分辨率成像。微血管网络调节流向生物组织的血液，是血液和间质液之间交换激素、气体、营养物质、水和废物的主要场所。 微血管，即小动脉、小静脉和毛细血管，形成微血管网络。

 

小动脉壁主要由一层内皮和平滑肌组成，使血液通过血管收缩和舒张流入毛细血管，血管收缩和血管舒张受到组织氧浓度、自主神经系统和激素的调节。毛细血管，最小的血管，从小动脉接收血液；它们具有单细胞厚的内皮层，以促进血液和间质液之间营养物质和气体的交换。毛细血管终止于小静脉，小静脉的壁含有纤维组织，这使得它们主要充当容量储存器。

 

在过去的十年中，光声成像（PAI）已成为一种可靠的微脉管系统成像多尺度成像方式。 PAI 通过利用各种内源生色团（例如脂质、黑色素和血红蛋白）固有的光学吸收产生的丰富光学对比度克服了上述限制。PAI 特别适用于绘制微​​血管图，因为血红蛋白强烈吸收光并可以产生光声信号。进一步描述了如何使用 PAI 获得有关血液动力学的定量信息，例如总血红蛋白浓度、氧饱和度和血流量。讨论了它对于理解神经血管、心血管、眼科和癌症研究领域关键病理生理过程的重要性。

 

然后我们讨论 PAI 当前的挑战和局限性以及可以帮助克服这些局限性的方法。PAI 是一种多功能成像模式，可以从宏观到微观尺度实施；其一些主要实现的基本设置如图 1 所示。插图显示了不同尺度的组织脉管系统的代表性最大强度投影 (MIP) 图像。

 

FIGURE 1 Implementations of photoacoustic imaging: (A) Photoacoustic tomography (PAT) setup with maximum intensity projection(MIP) image of the mouse brain and human wrist. (B) Acoustic resolution photoacoustic microscopy (AR-PAM) setup with MIP image of mouse ear and human palm vasculature. (C) Optical resolution photoacoustic microscopy (OR-PAM) setup with MIP image of mouse ear and human cutaneous vasculature. CL, conical lens; M, mirror; OAC, optoacoustic combiner; OL, objective lens; UST, ultrasound transducer. 【1】

 

图 2 绘制了标称浓度下每个发色团的吸收光谱。血红蛋白是最常成像的发色团，因为它在可见光区域吸收的光子比周围组织（脂质）多 100 倍。

 

FIGURE 2 Absorption spectrum of endogenous chromophores found in tissue at nominal concentrations. HbO2, oxy-hemoglobin; HbR, deoxy-hemoglobin; MbO2, oxy-myoglobin; MbR, reduced 【1】

 

光声成像是一种多尺度、多参数成像技术，无需使用外源性造影剂即可提供有关微脉管系统的信息。光声成像已被证明可以绘制微循环图，并在神经血管、心血管、眼科和癌症研究等不同领域具有临床意义。光声成像长期面临的挑战之一是需要将其与基于不同对比度（例如散射和荧光）的其他成像模式集成。光学透明超声换能器提供了一种潜在的解决方案，因为它们可以大大简化成像头，并允许与其他成像模式无缝集成，从而为强大的互补多模态成像平台开辟途径。

 

【1】Mirg S, Turner KL, Chen H, Drew PJ, Kothapalli S-R. Photoacoustic imaging for microcirculation. Microcirculation. 2022; 29:e12776. doi: 10.1111/micc.12776

 

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