醫學光聲成像

簡介

醫用光聲成像是一種基於光聲效應建立的混合模式生物/醫學成像方法。一般來說，在光聲成像中需要用脈衝雷射照射成像部位（熱聲成像則特指用無線電頻率的脈衝雷射進行照射）。一部分被吸收的光能將會被轉化為熱能，使附近的組織發生熱彈性膨脹，從而形成寬頻（兆赫茲級）的超音波發射。這一超音波可以用超聲換能器檢測，而後者正是一般超聲造影中所用的主要探測器。但不同於超聲造影的是，光聲成像利用了體內不同組分吸收性質的不同。譬如血紅蛋白濃度的大小，組織血氧飽和度的高低，均會影響組織的光吸收能力，從而改變超聲信號的強度。換言之，檢測器探測到的（二維或三維）超聲強度空間分布，實際上反映了成像對象內（與光吸收相關的）病理學信息。

生物組織的光學吸收既可能產生於內源性分子如黑色素等，也可能產生於外源性引入的各種造影劑。圖2展示了一種典型內源性光吸收分子——血紅蛋白的兩種形態（氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白）在可見和近紅外波段的吸收光譜。由於血紅蛋白的吸光度一般比周圍其他物質高得多，因此其也就成為了血管光聲成像一類有力的造影劑。近期的研究已發現，光聲成像可用於活體內腫瘤血管新生的檢測、血氧飽和度掃描、大腦功能成像以及皮膚黑色素瘤探測等諸多生命和醫學領域。

成像系統

根據成像方式的不同，光聲成像系統可以分為兩種不同類型：光聲/熱聲計算機斷層掃描（PAT/TAT）和光聲顯微鏡（PAM）。前者利用的是非聚焦的超音波探測器，獲得的超音波信號通過反向求解光聲方程（見下），重構出信號源的三維空間分布；後者則使用聚焦型的球形超音波探測器，每次採集一個點的信息，通過二維掃描來獲得光聲圖像，不涉及重構問題。PAT/TAT的優勢在於高穿透深度和三維成像；PAM的優勢則在於低深度下的高空間解析度。