自建光声超声双模态成像系统的肿瘤成像分析

现有B超成像可以提供基于声阻抗差异的组织解剖结构信息,而近年来研究发现,光声成像可以提供标记组织成分的分布和功能信息。本文基于商用B超仪和脉冲激光系统建立了光声超声双模态成像系统,实现了超声组织结构成像和光声生物功能的同时成像。首先基于血红蛋白在某些波段的较强吸光性,实现了肿瘤内部组织血管灌注图像;其次用链接有靶向抗体的纳米颗粒作为靶向光声造影剂,对恶性肿瘤边缘和内部的血管以及血管附近的肿瘤组织进行了成像。最终,通过超声和光声的融合图像提供的肿瘤结构信息与光声图像提供的肿瘤功能信息,可以准确识别肿瘤组织。

双模态成像仿生纳米粒对甲状腺髓样癌的声动力治疗

背景:声动力疗法作为一种新型抗肿瘤治疗手段具有非侵入性和时空可控性的特点,在甲状腺髓样癌无创性治疗中具有广阔的应用前景。目的:制备具有双模态成像能力的仿生癌细胞膜涂层脂质纳米粒,检测纳米粒的理化性质、靶向能力、成像效果、细胞毒性和抗迁移能力。方法:以二棕榈酰磷脂酰胆碱、二棕榈酰磷脂酰甘油、二硬脂酰磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000、胆固醇、血卟啉单甲醚、全氟己烷为原料,通过薄膜水合-超声振荡法制备脂质纳米粒HP@LNP,其中血卟啉单甲醚装载于脂质纳米结构的疏水层,全氟己烷装载于脂质纳米结构的亲水核心层内;将甲状腺髓样癌细胞膜包覆于脂质纳米粒HP@LNP表面,构建具有主动靶向甲状腺髓样癌细胞能力的仿生脂质纳米粒MHP@LNP。表征纳米粒MHP@LNP的理化性质、靶向能力、免疫逃逸能力、成像效果、细胞毒性和抗迁移能力。结果与结论:①脂质纳米粒MHP@LNP呈现典型的核壳结构,粒径为131.06 nm,平均电位为-30.59 mV,凝胶电泳结果显示脂质纳米粒MHP@LNP与癌细胞膜蛋白图谱相符合,荧光共定位结果显示脂质纳米粒MHP@LNP与癌细胞膜的荧光信号显著重合。脂质纳米粒MHP@LNP纳米粒内血卟啉单甲醚的包封率为87.8%,载药率为14.6%。在低强度聚焦超声刺激下,脂质纳米粒MHP@LNP可发生相变产生微泡,在4 min时超声信号强度达到最大值。在激光照射下,脂质纳米粒MHP@LNP的光声信号强度与其质量浓度呈现线性相关。脂质纳米粒MHP@LNP具有同源细胞靶向能力和免疫逃逸能力。未经低强度聚焦超声照射前的脂质纳米粒MHP@LNP具有良好的生物相容性,而经低强度聚焦超声照射后产生具有细胞毒性的活性氧,有效杀伤甲状腺髓样癌细胞,并抑制甲状腺髓样癌细胞的迁移能力。②结果表明,脂质纳米粒MHP@LNP能够在超声和光声双模态成像引导下实现声动力治疗,用于治疗甲状腺髓样癌。

基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术

超声/光声双模态成像技术因其同时兼具超声的高分辨率结构成像和光声的高对比度功能成像优势,极大地推动了光声成像技术的临床应用推广.传统超声/光声双模态成像技术多基于超声成像所用阵列探头同时收集光声信号,系统结构紧凑且无需图像配准,操作便捷.但该类设备使用阵列探头和多通道数据采集,使得其成本较高;且成像结果易受通道一致性差异影响.本文提出了一种基于声学扫描振镜的超声/光声双模态成像技术,该技术采用单个超声换能器结合一维声学扫描振镜进行快速声束扫描,实现超声/光声双模态成像,是一种小型化、低成本的双模态快速成像技术.本文开展了系列仿体和活体成像研究,实验结果表明:系统有效成像范围为15.6 mm,超声和光声成像B扫描速度分别为1.0 s^(–1)和0.1 s^(–1)(光声成像速度主要受制于脉冲激光器重复频率).基于本文所提技术研究,有助于进一步推动超声/光声双模态成像技术的临床转化和普及;也为基于超声信号检测的多模态成像技术提供了一种低成本、小型化和快速声信号检测的参考方案.

光声/超声双模态成像技术在生物医学中的新进展

随着激光技术、计算机技术与图像处理分析技术的飞速发展,单一模态的医学影像技术正向一体化、多模态及跨尺度影像技术进行革命性转变。多模态影像技术不仅可以实现对同一生物体进行多角度、多参数及分子层面的结构与功能综合特征信息的提取,而且可以弥补单一模式存在的局限性与不足,从而提高疾病早期检测的准确性,为患者提供更加经济合理、精准有效的诊疗方案,对提高人们的生活质量具有非常重要的临床意义。本文重点阐述目前光声/超声双模态成像技术在生物医学以及脑相关疾病中的应用及新进展,系统讨论了该双模态融合技术在未来生物医学领域中的发展前景。

全光学光声/OCT双模态成像系统及其应用

本文提出了一种新型的全光学光声/OCT双模态成像系统。该系统利用同一个低相干迈克尔逊干涉仪即可实现非接触式光声成像和OCT于一体,系统装置结构简单,可同时获取生物组织的吸收与散射结构信息。通过模拟实验证明了该双模态成像系统的可行性及成像能力,并对活体小鼠耳朵同时进行光声/OCT成像测试,实验结果表明非接触式光声/OCT双模态成像系统可以实现生物组织内的微血管及散射结构的高分辨率成像。进一步地,我们将光声/OCT双模态成像系统应用于基底细胞癌的检测中,获得了初步的研究结果,表明了该系统在皮肤肿瘤诊断中的具有潜在的应用价值。

磁共振/光声双模态分子影像探针的研究进展

多模态成像技术可以对同一生物体进行多方面的成像,克服单一成像的局限性,是一种非常有前景的生物医学成像方法。磁共振/光声(MR/PA)双模态分子探针结合MRI和光声成像的特点,突破原有成像研究限制,拓宽成像技术的应用范围。本文对MR/PA双模态分子探针类别以及临床应用前景进行综述。

深圳先进技术研究院成功研制消化道内光声/超声双模内镜成像系统

据J Biophotonics（2018 Apr10：2201800034.doi：10.1002/jbio.201800034.）2018年4月10日报道,中国科学院深圳先进技术研究院医工所生物医学光学与分子影像研究室在光声消化道内镜成像领域取得新进展。该研究团队成功研制可进行360°全视场成像的光声/超声双模内镜成像系统,并可同时获取消化道壁血管（光声图像）和消化道壁组织结构（超声图像）的三维信息。肿瘤的发生、发展及转移与肿瘤滋养血管密切相关,在肿瘤形成的初早期,就会出现滋养血管的形态学和功能学上的变化。

基于镂空阵列探头的反射式光声/热声双模态组织成像

光声和热声成像技术除激发源不同外,可共用一套数据采集和处理系统,具有天然的融合优势.本文提出了一种基于镂空阵列的反射式光声/热声双模态成像技术,该技术利用光纤与天线,通过镂空阵列的开孔进行光声/热声信号激发,使得激发光、微波和接收超声信号共轴,构成明场光声/热声双模态成像模式.通过对探头镂空部分晶元相位和幅值的补偿校准,成功实现了3 mm直径塑料管、人体手臂、手背和脚背的双模态成像.实验结果表明:系统空间分辨率为0.33 mm,双模态成像技术可同时提供组织的光学和微波吸收分布,有助于肿瘤、糖尿病足等疾病的精准检测,具有极广泛的临床应用前景.

基于探测超声的生物组织无损光声层析成像

利用一束单频探测超声穿过由脉冲激光照射产生的光声激发区域,使之与光致声场产生相互作用,光声信号将耦合到探测束上,再解调探测超声来重建光吸收区域的图像,可以得到丰富的组织信息.该信息不仅反映了组织中光吸收的特性,也反映了组织的声学特性.实验中,通过旋转超声探测器进行数据采集,并利用滤波反投影算法重建图像,可得到高信噪比的光声层析图像.由于激光的窄光谱线宽,其吸收是特征分子选择性的,所以此方法既是一种无损伤的结构层析成像方法,也可用于组织的功能成像.

基于光声和LIBS双模态成像技术在生物医学中的发展现状及趋势

光声成像和激光诱导击穿光谱技术(LIBS)是近些年在成像领域发展非常迅速的两种技术,在医学影像学方面有着巨大的潜力。当激光照射到组织时,组织表面会同时产生光声信号和等离子体,光声信号携带着生物组织内光吸收的特征信息,等离子体特征光谱也可以示踪组织内的元素信息。本文总结了两种技术的研究背景和成像原理,然后,通过对光声成像和LIBS成像模式进行分析,进一步展现了两种技术结合的可能性,并介绍了它们在病理切片成像和组织金属元素示踪等领域的应用。最后,我们对两种技术结合的双模态成像系统进行了深入的探讨和展望,以期其在医学诊断和图像领域发挥重要作用。

血管内光声-超声-光学相干层析-光声弹性多模态成像方法及系统

识别动脉粥样硬化斑块的易损性是防治急性冠状动脉疾病的重要途径。纤维帽厚度、脂质核心大小、管腔狭窄程度和管腔的力学特性是评估斑块易损性的关键参数。然而,单一模态的血管内成像技术难以通过一次成像获取用于评估斑块易损性的全面信息。本团队通过复用光路和声路,将血管内超声成像(IVUS)和血管内光学相干层析成像(IVOCT)与血管内光声成像(IVPA)、光声弹性成像(IVPAE)有机结合到一起,开发了一种血管内光声-超声-光学相干层析-光声弹性四模态一体化成像探头及成像系统。该一体化成像探头的成像直径仅为0.97 mm,光学相干层析、光声、超声模态的横向分辨率分别为20.5、61.3、122.2μm,纵向分辨率分别为15.8、57.4、72.5μm。离体模拟样品和兔腹主动脉的在体成像实验验证了血管内四模态成像能够提供血管壁的宏观和微观结构信息,同时能够特异性识别脂质成分和反映脂质斑块的弹性力学信息。该一体化探头可一次性获取血管内斑块的多物理影像特性,有望为动脉粥样硬化斑块的深入理解和诊治提供新型的介入成像方法和工具。

光声成像在关节炎性病变中的潜在临床应用价值

关节炎性疾病发病率逐年升高,给社会经济造成了巨大负担,其早期诊治具有重要意义。光声成像是一种新型光学影像技术,结合了光显像和超声波接收转换的优点,可对关节开展形态学、微血管及功能成像,并可通过外源性造影剂实现分子成像。近10年来,研究人员开发了一系列光声成像仪器,包括独立光声断层成像系统、多模态影像系统等,针对关节炎性疾病开展了动物实验和人体试验,证实其在关节炎性疾病诊断中的价值,其中配备手持光声探头的一体化双模态光声/超声成像系统易于临床转化,有较好的发展前景。

光声成像技术

光声成像是在最近一段时间里发展飞速的一种非侵入式的三维成像技术,它不仅包含纯光学成像的高对比度的特性,也有纯超声成像的高穿透深度的特性,因此光声成像可以得到高分辨率和高对比度的组织成像。这种技术为研究生物组织的结构形态、代谢功能、生理特征以及病理特征等提供了非常重要的手段,在整个组织结构以及功能成像上有着非常广泛的应用前景。本文主要是对光声成像技术的原理、光声成像技术和方法、光声成像在生物医学上的应用情况作一个简单介绍。

聆听光的声音:光声成像

作为一种新兴的生物医学成像技术,光声成像以光声效应为成像基础,将光学和超声相结合,兼备光学高对比度、光谱多功能成像、超声高穿透度、易于与超声图像相融合、无创多尺度多模态成像等优点,具有广阔的临床应用前景。

超声引导下肝癌热消融治疗的现状与进展

肝癌是临床上常见的恶性肿瘤,影像引导下热消融治疗为早期肝癌根治性治疗手段,为中晚期肝癌的姑息减瘤及联合系统治疗的主要手段之一。超声技术以其显像实时、引导准确、操作简便、移动便捷、费用低廉、无辐射损伤及高效节能等优势在肝癌热消融治疗术前规划、术中引导、术后评估及长期随访中发挥重要作用,尤其随着超声与影像融合技术的进步以及与光声成像为代表的功能影像技术的发展,使超声引导下热消融走在肝癌精准治疗的最前沿,并保持持久发展,向更微创、精准、安全、有效的诊疗模式发展。

多元线性阵列超声换能器的方向特性研究

为了进一步提高多元线性阵列超声换能器的方向特性,采用多元相控聚焦的方法,研究了多元线性阵列超声换能器的主频、阵元个数和阵元间距对其方向性的影响。结果表明,当超声换能器的主频较低时,可以采用较大尺寸的阵元组;而对于主频较高的超声换能器,阵元尺寸应该取小一些,其方向性较好。这将有利于光声信号的探测与成像。

基于多模态成像技术监测基因修饰支架中血管生成及修复临界性骨缺损的研究

基因修饰促血管化的支架是促进骨再生的有效方法之一,它可以将目的基因转移到内源性细胞中实现生长因子原位、持续表达,诱导内源性细胞的增殖、迁移和分化,从而促进骨组织再生。该文以慢病毒介导基因修饰多孔PLGA/n HAp复合支架诱导血管生成为研究对象,采用静电吸附和低温冷冻方法制备基因修饰多孔PLGA/n HAp复合支架;以小鼠顶骨临界性骨缺损为模型,利用多模态双光子及光声显微成像技术在体、实时、连续监测,研究骨修复过程中基因修饰多孔支架诱导血管化的动态过程。体外实验结果显示,慢病毒颗粒从支架上的持续释放长达5天,缓释出的病毒颗粒可以有效转染293T细胞并表达PDGF-BB因子。体内实验结果表明,慢病毒介导基因修饰多孔PLGA/n HAp复合支架,可以实现PDGF-BB因子原位表达,促进体内局部及系统性干细胞等细胞迁移,加快血管诱导生成并提高骨缺损部位骨组织的再生能力。同时,在该研究中,成功使用并比较了多模态双光子及光声显微成像技术在体、实时、连续监测3D骨组织支架内血管形成的动态变化过程,并验证了基因修饰对于提高3D打印支架的生物学反应性的作用。该研究为研究不同支架对血管生成作用的监测与鉴定提供了新的技术手段。

基于光学系统的血管内高集成多模态成像技术

易损斑块是引起心肌梗死的主要原因。准确诊断易损斑块可以帮助医护人员优化心血管疾病治疗方案,减小心肌梗死致死率。血管内多模态成像技术通过结合两种或两种以上成像模态的优势,可以对动脉粥样硬化斑块进行定性定量分析,提高识别易损斑块的准确性。综述了目前国际上最先进的五种多模态血管内成像技术,详细介绍了血管内超声-光学相干层析、光学相干层析-荧光、光学相干层析-光谱仪、血管内光声-超声和光学相干层析-弹性多模态成像技术的发展过程和技术难点,并展望了未来研究趋势。

光声成像:一种新兴的检测方式

光声成像是一种以光声效应为物理基础的新型、非电离和非侵入式的成像技术。作为一种纯光学成像与超声成像相结合的混合式成像技术,它的检测图像具有高光学对比度、高超声分辨率的特点。光声成像技术在生物医学检测中具有非常广阔的应用前景。阐述了光声成像的基本原理,对比了当前光声成像的各种系统结构形式、优缺点以及每种技术的应用领域。最后,预测了光声成像系统的发展趋势,并讨论了一些提升系统性能参数的方法。

基于三维光声层析系统的信号智能去噪算法

光声层析成像是一种非侵入式的医学成像技术,与其他成像方法相比具备诸多优势,可以为肿瘤早期诊断提供新的成像思路。对光声信号的分析与去噪能提高成像系统的信噪比(SNR)和成像质量。为此,提出了一种针对光声信号的智能去噪算法。首先,利用自适应白噪声完备集合经验模态分解完成光声信号的分解;其次,采用小波阈值去噪方法完成对特定模态光声信号的高频去噪;最后,利用K奇异值分解对预处理后的光声信号进行稀疏重构,实现光声信号的智能去噪。仿真和实验结果表明,所提算法在SNR和均方根误差(RMSE)等方面相比于其他去噪算法均有改善,可以有效去除三维肿瘤仿体光声重建图像中的噪点与伪影,并保留图像的边缘信息。所提智能去噪算法能根据含噪光声信号的特征自适应地去噪,达到更好的去噪效果,可以作为一种成像前的辅助手段应用于光声成像领域。