【摘要】 深度解析功能光声成像（PAI）技术原理及其在生物医学领域的多尺度应用。涵盖纳米级细胞器成像、活体代谢监测、肿瘤早期诊断等核心技术突破，展望其在临床转化中的发展前景。

功能光声成像（PAI）作为前沿生物成像技术，凭借可调节分辨率与深层成像能力，在纳米至宏观尺度提供关键生理参数可视化。该技术通过光声效应实现：脉冲激光激发生物组织内发色团，声信号经超声换能器捕获重建图像，突破传统光学成像深度限制。

多尺度成像优势解析

  • ​纳米级：解析单个细胞器光吸收特性
  • ​微观级：实现活体细胞代谢动态监测
  • ​宏观级：量化人体/动物氧饱和度、血流速度等参数
    （如图1所示，PAI实现从表面到厘米级的穿透成像）

图1. PAI的特点，从表面到厘米深度。[1]

 

功能成像的核心突破

高速激光脉冲与多光谱成像技术结合，使顺序获取PA图像成为可能。通过对动态图像的系统分析，可提取以下功能生物标志物：

  • 血红蛋白总量（HbT）分布图
  • 血氧饱和度（SO₂）空间映射
  • 氧代谢率（MRO₂）量化监测
    （图2展示功能光声成像fPAI的工作原理）

图2. fPAI原理[1]

 

技术演进与临床转化

当前PAI存在两种主流实现方式：

1.光学分辨率PAI（OR-PAM）​：在光学扩散极限内实现亚微米级分辨率

2.声学分辨率PAI：适用于深层组织成像

该技术已成功应用于：

✅ 小动物脑血流动力学实时成像

✅ 深部肿瘤早期诊断

✅ 人脑神经活动观测

未来发展方向聚焦：

  • 分子探针与造影剂创新
  • 多模态成像系统集成
  • 临床诊断标准建立

 

技术前景展望

随着高速扫描与AI图像处理技术的融合，功能光声成像将在疾病早期诊断、精准治疗导航及疗效动态评估领域发挥关键作用，推动无创生物医学检测进入新维度。

 

参考文献：[1] Park, B., Oh, D., Kim, J. et al. Functional photoacoustic imaging: from nano- and micro- to macro-scale. Nano Convergence 10, 29 (2023).

 

科学指南针在全国建立32个办事处和20个自营实验室，拥有价值超2.5亿元的高端仪器。检测项目达4000+项，覆盖材料测试、环境检测、生物服务、行业解决方案、模拟计算等九大业务。累计服务1800+个高校、科研院所及6000+家企业，获得了60万科研工作者的信赖。

 

免责声明：部分文章整合自网络，因内容庞杂无法联系到全部作者，如有侵权，请联系删除，我们会在第一时间予以答复，万分感谢。