光声成像在妇科肿瘤的应用研究进展

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　　摘  要：光声成像技术是近年发展起来的一种新兴生物医学成像方法，它结合了纯光学组织成像中高选择特性和纯超声组织成像中深穿透特性的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织深层图像，从原理上避开了光散射的影响。近年来，光声成像在临床医学的众多学科中均有了相关的应用和发展，文章就光声成像在妇科肿瘤中的研究进展进行综述。
　　关键词：光声成像;妇科肿瘤;高分辨率;深穿透
　　中图分类号：R318         文献标志码：A         文章编号：2095-2945（2020）09-0193-02
　　Abstract： Photoacoustic imaging technology is a new biomedical imaging method developed in recent years， which combines the advantages of high selectivity in pure optical tissue imaging and deep penetration in pure ultrasonic tissue imaging. the deep tissue image with high resolution and high contrast can be obtained， which avoids the influence of light scattering in principle. In recent years， photoacoustic imaging has been applied and developed in many disciplines of clinical medicine. This paper reviews the research progress of photoacoustic imaging in gynecological tumors.
　　Keywords： photoacoustic imaging; gynecological neoplasms; high resolution; deep penetration
　　光声成像是一种新型的、非侵入式的混合型生物医学成像技术，它集光学成像的高对比度以及超声成像的高穿透深度的优点于一身，为当前临床医学检测提供了更优的方式，因此光声成像的发展潜力是无限的。光声成像的原理是：当生物组织在接收脉冲激光的照射时，组织内部的生色团会吸收脉冲激光的能量，将光能转化为热能，并通过分子振动和热弹性效应，使局部初始压力增加，因此产生超声波，在组织体外部或腔内放置的超声探测器就可以接收到這些超声波，并根据探测到的光声信号来重建组织内部对光的吸收分布图像。以此得到的光声图像就可以作为病变诊断的依据，为临床提供有效的信息[1]。
　　1 光声成像在医学诊断中的研究进展
　　光声（PA）技术作为一种新的非侵入性生物成像模式在临床检测中具有巨大的潜力，与传统的光学成像相比，光声成像（PAI）能够在更深的成像深度下实现更高分辨率的成像，PAI的指导有助于远程控制药物递送[2]。此外，光声成像还用于包括血管生长和抗血管生成反应、微循环病理学、生物标志物、脑生物学和药物筛查反应等内在PA对比（血红蛋白和黑色素）的研究，而且使用PA作为成像模式纳米医学评估和图像引导药物传播正在出现[3]。在肌肉检测中，定量光声成像用于早期检测肌肉缺血损伤[4]。在乳腺癌中，对原发性病变检测有积极的临床影响，用于乳腺癌术中分子水平的手术指导[5]。光声成像还可用于皮肤外科医生在术前体内非黑色素瘤皮肤癌（NMSC）可视化的成像[6]。在技术方面，利用自制的纳米探针，光声成像实现了光声分子成像和光热治疗。在前哨淋巴结治疗上，光声成像技术通过对美国食品药品管理局（FDA）批准的临床外源性对比剂（吲哚菁绿或亚甲基蓝）的成像，可以无损地在体外精确定位前哨淋巴结的位置，并通过活检针，把手术转化为活检取样的微创过程，这样不仅极大地减少了病人的创伤和痛苦，也给医生带来极大的便利，并有望显著地减少医疗费用、降低手术创伤[7]。在辅助检查方面，Yang等[8]设计的一种光声内窥镜系统，它的基本成像原理与光声显微镜一样，不同之处在于光声内窥镜对成像系统实现了微型化并采用了特殊的扫描机构，以满足深入人体内部检查的需要。在最新的报道中，研究人员表示光声成像还能鉴别癌症的分期与疾病进展情况。该技术已经进入临床试验。随着光声成像在各系统中研究的开展，其在妇科肿瘤疾病中的研究也取得了一定实质性成果。
　　2 光声成像在妇科肿瘤中的研究进展
　　女性妇科肿瘤一直是困扰广大女性的恶性肿瘤之一，严重影响了女性的健康。常见的妇科肿瘤有外阴肿瘤、阴道肿瘤、子宫肿瘤、卵巢肿瘤和输卵管肿瘤。以子宫及卵巢肿瘤多见，外阴及输卵管肿瘤少见。从临床来看，妇科肿瘤早期的发现比例依然不高，多数就诊患者已处于中晚期，错失了治愈的机会，主要由于缺少更好的检查诊断方法。
　　光声成像在卵巢肿瘤中的应用较多。Bhat R A等[9]利用离体卵巢肿瘤组织探讨光声光谱在记录卵巢组织光谱中的应用潜力，并利用光谱模式区分肿瘤与非肿瘤，这是一项初步研究。Aguirre A等[10]的实验室所设计开发的一个配准超声和光学成像系统用于卵巢的成像，这个系统是由一个1.75D的超声阵列组成，可以提供多个超声脉冲回波B型扫描的图像，他们提供了立体人类卵巢图像，包括正常、异常以及恶性卵巢组织，初步结果表明，光声成像辅助超声能够基于光吸收以及分布格局来区分正常卵巢和恶性卵巢。Alqasemi U等[11]介绍了体外卵巢组织的超声和光声图像的独特特征以及这些特征与肿瘤生理的关系。通过一系列方法提取了24个特征，并用于训练三种分类器，包括广义线性模型、神经网络和支持向量机（SVM）。SVM的训练效果最好，并通过后续的新增识别，得出SVM具有100%敏感性和87.88%特异性将癌变与非癌变病例进行分离。Jokerst J V等[12]提出一种结合光声/拉曼方法，使用金纳米棒（GNRs）作为被动靶向分子显像剂。这是首次使用光声和拉曼显像剂对卵巢癌肿瘤进行体内成像。研究了三种不同高宽比的GNRs。高宽比为3.5的纳米粒子被选为体内和体外PA信号最高的粒子，并用于活体小鼠成像，结果表示在3小时内即可观察到最大PA信号，且增加的信号持续至少2天。同时可以通过表面增强拉曼光谱（SERS）成像清晰地显示肿瘤与正常组织之间的边界以及肿瘤的去瘤。最后他们还利用生物分布数据和元素分析验证了成像结果。基于纳米颗粒的光声成像研究也越来越多。 　　在子宮肿瘤疾病中，现有的筛查和诊断方法并不能对子宫及子宫颈的病变进行有效的检测。具有皮下植入子宫内膜（EMs）组织的裸鼠模型被广泛用于人类子宫内膜异位症的研究。Ding等[13]将光声显微成像方法成功应用于EM动物模型3D成像的研究。依赖于独特的光吸收特性，PAM在裸鼠模型中非侵入性诊断EM中表现出更高的灵敏度和特异性。此外，使用PAM的体内研究可以同时成像EM病变和周围血管，因此提供了非侵入性研究EM及其微环境的优越途径。Peng等[14]首次提出了宫颈癌（CC）的光声诊断方法。该研究共进行了30个体外实验，并对获得的深度最大振幅投影（DMAP）图像进行分析，以评估不同临床分期CC的血管生成程度。实验结果表明，正常组织的MOA很小（均<0.025），即使在5mm的深度也能很好地区分高于CIN2的病变。结果还表明，MOA与病变分期有很强的相关性。这些结果提示PAI在CC的临床诊断中可能有很大的应用价值。Okawa S等[15]应用富士公司生产的经阴道探头的PAI及超声系统，对PAI在宫颈病变及癌的诊断中的作用进行了研究。在利用PAI进行定量诊断时，需要考虑光在生物介质中的传播。本研究尝试利用基于有限元方法的光传播模拟，从宫颈PA图像中重建吸收系数的图像。进行了数值模拟、体模实验和活体成像。验证了光声成像在宫颈疾病中诊断和观察有重要帮助。
　　3 展望
　　随着技术的发展，光声成像技术在生物医学成像领域的有着越来越重要的应用价值和广阔前景，也取得了一定的突破，应用到越来越多的领域当中。但是光声成像目前仍然具有一些局限性，比如成像过程中的声学问题以及超声换能器的研制及结果稳定性等。在后续的研究中，希望光声成像能够实现更大的突破，为临床诊断和检查提供更便利安全的手段。
　　参考文献：
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