加州理工学院的最新研究进展将有助于将光声技术推向临床可行的应用

近期，由Lihong Wang带领的加州理工学院科研团队推出了他们研发的一个光声计算机层析成像(PACT)平台，科学家认为，该平台是向乳腺癌筛查技术的最终临床可行性踏出的重大一步。

大多患者在整个扫描过程只需要屏住一次呼吸，该系统就能够在15秒内完成对人类整个胸部的扫描，加速整个测试过程以尽量减少病人的不适，这就克服了过去PACT作为一种潜在的临床技术所面临的障碍。这项研究已发表在了《自然通讯》杂志上。

Wang是圣路易斯华盛顿大学研究光声技术的带头人，现在他转到了加州理工实验室基地工作。他表示：“目前，这是唯一能让被检测者仅单次屏住呼吸就为我们提供整个人类胸部的高对比度、高分辨率平面图像和3D图像的技术。”

图1 使用由加州理工学院设计的新扫描仪创建的人体胸部内部血管结构图像。在此致谢提供图片的加州理工学院

PACT使用了非电离激光脉冲，这种脉冲能在很短时间内快速且简易地加热吸收目标，并在其冷却之前使其膨胀，以此来产生超声信号，而研究人员随后可以重建该超声信号以生成显示目标内部光学吸收分布的图像。

该技术特别适用于检测包括氧合和脱氧血红蛋白等内源性发色团的光吸收，这使它成为一种对医学界很有吸引力的方法，医生可以利用它准确地鉴定可疑癌症肿瘤的边缘。但根据Wang的看法，直到现在它的某些限制仍然存在问题。

这些问题包括：是否具有足够的穿透深度以适应大多数被检测者不同的胸部大小和肤色；在具有高时间分辨率来最小化运动伪影的同时是否也具有显示详细血管造影结构所需要的高空间分辨率；是否具有足以检测胸部肿块的灵敏度和对比噪声比。

无痛、安全又廉价

这个被称为单次屏气PACT（SBH-PACT）的新平台将1064纳米波长的照明光源与经过优化的512单元超声换能器阵列结合在了一起。

该团队在其发表的论文中表示：“利用经过优化的照明方法和信号放大，SBH-PACT达到了足以显示病人胸部肿瘤内外详细血管造影结构的噪声等效灵敏度，而且此过程不需要外源性造影剂。SBH-PACT具有在活有机体内4厘米的深穿透深度，同时也具有255微米平面内分辨率的高空间分辨率与高时间分辨率和10 Hz的2D帧速率，通过在大约15秒的被检测者一次屏气的时间内扫描整个胸部，我们可以采集到体积图像，并且随后利用3D反投影重建这些图像，在这个过程我们可以忽略由呼吸引起的运动伪影。”

在一项试点研究中，研究人员使用了SBH-PACT为8位病人的胸部成像，它们彼此的大小不同，皮肤色素沉着也不同。该技术还通过评估血管密度鉴定了9个被活检证实肿瘤中的8个，且这个过程不需要用到电离辐射或外源造影剂。随后研究人员又利用弹性成像的SBH-PACT确定了第9个最初未被发现的肿瘤，成像时组织在PACT检测期间经历了适当的应变，Wang指出，这是SBH-PACT的另一优点：相对较短的图像获取时间。

研究人员接下来的计划可能会是使用PACT对身体的其他部位进行成像，如对糖尿病患者四肢维管组织进行健康状况评估和对乳腺癌检查结果进行临床转译。

Wang说：“我们的目标是建立一个用于对人类胸部进行检查、诊断、监测和病情预测而又不会对患者造成任何伤害的梦幻机器，我们会让它快速、无痛、安全且造价便宜。”

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