【摘要】 光声成像主要分为光声显微镜、光声断层成像和光声内窥镜三大类。

分子成像在分子和细胞水平上可视化、表征和测量生物过程。在肿瘤学中，分子成像是指导综合、精确诊断和治疗的重要技术。光声成像主要分为光声显微镜、光声断层成像和光声内窥镜三大类。与传统成像技术利用组织的物理性质来检测和识别疾病不同，光声成像利用光声效应来获取组织的内部信息。在成像过程中，激光激发内源性或外源性光声造影剂，然后发出超声波目前，光声成像联合靶向光声造影剂被广泛应用于肿瘤分子成像研究。郑[1]等人介绍了光声成像技术和靶向光声造影剂的最新进展，以及肿瘤分子成像研究的进展。

 

光声成像是一种将光学成像的优异分辨率与声成像的穿透深度相结合的革命性成像方法。它能够根据血红蛋白、黑色素、脂肪、水等内源性发色团的独特吸收光谱分离光声信号，并通过后处理技术在图像上显示物质的空间分布。非侵入性，对肿瘤代谢状态的实时反应。光声成像方法与外源性定制造影剂联合使用可以更准确地反映某些分子的分布。

 

图1 光声成像的主要体现。(A)第二代光声显微镜（G2-OR-PAM）。(B)暗场声分辨率光声显微镜（AR-PAM）。AL，声学透镜；Corl，矫正镜；RAP，直角棱镜；RhP，菱形棱镜；SOL，硅油层；UT，超声波换能器；WT，水箱。(C)线性阵列PACT。(D)圆形阵列PACT。(E)柔性全光学前视PA内窥镜探头示意图。[1]

 

光声效应最早是由Bell在1880年发现的，光声成像（PAI）是利用这种效应研制的一种非侵入性、非电离辐射成像装置。直到20世纪70年代，激光发射机的性能得到改善，PAI才被引入到生物组织成像领域。从那时起，在仪器、图像处理、分子成像和功能成像方面取得了进展。当生物组织受到短脉冲激光照射时，具有光吸收特性的分子中的发色团会吸收一定量的光能，使电子从低能级跃迁到激发态。由于激发态不稳定，处于激发态的电子有跳回基态的倾向，跃迁过程中释放的一部分能量转化为热能，膨胀产生的压力以声波的形式传递，声波被超声波换能器接收后处理形成图像。

 

研究人员基于光学照明和声音检测技术的不同组合，创建了一系列用于微观、中观和宏观尺度成像的设备，包括细胞器、细胞、组织和器官。PAI的主要成像方式包括光声显微镜（photoacoustic microscopy，PAM）和光声断层扫描（photoacoustic tomography，PAT）。为了实现腔内成像，研究人员在PAM和PAT的基础上进一步开发了光声内窥镜（photoacoustic endoscopy，PAE）。不同的光声成像配置本质上是分辨率和探测深度之间的权衡，其应用场景与被观察对象相关。

 

图2 用于光声成像实现的分子试剂。[1]

 

分子成像是精密医学必不可少的工具之一。光声成像作为近年来新兴的成像技术，随着成像设备的改进和图像重建算法的优化，光声成像的应用场景正逐步与临床接轨；当与靶向光声造影剂联合使用时，可用于非侵入性和动态显示肿瘤相关特征。提高诊断、治疗和评估疾病预后的能力。然而，光声成像有一些固有的缺点。首先，人体不同部位之间存在很大的异质性，需要进一步的研究来阐明如何解释来自不同部位和深度的光声信号。其次，尽管今年出现了大量的光声造影剂，但靶向性光声造影剂的开发、制备和临床转化面临诸多挑战。为了最终实现临床转化，应该优化造影剂的理化性质，提高造影剂的生物安全性，增强造影剂的靶向性。

 

[1] Zheng Y, Liu M and Jiang L (2022) Progress of photoacoustic imaging combined with targeted photoacoustic contrast agents in tumor molecular imaging. Front. Chem. 10:1077937.

 

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