光声成像保留了光学成像高分辨率的优点,同时突破传统光学成像穿透力不足的瓶颈。光声成像可以利用血红蛋白、脂质、黑色素等固有发色团提供结构、功能、分子和动力学信息。当氧分子与血红蛋白结合时,其光学特性发生变化,导致吸收光谱发生变化。肿瘤研究中,测量肿瘤血管异质性和相关的乏氧在癌症治疗中至关重要。光声成像可以利用内源性血红蛋白的光学吸收特性,提供肿瘤血管和血氧饱和度的功能信息。利用光声成像血红蛋白有助于可视化新血管的发展,如血管生成,这是早期发现肿瘤发展的关键参数。光声成像的非侵入性可用于测量肿瘤微环境对治疗的反应,允许在治疗期间和治疗后对复杂血管系统的形态变化进行纵向研究。研究表明,功能性光声成像作为肿瘤氧合的替代生物标志物,可用于临床前和临床预测治疗反应,包括评估研究早期肿瘤发展的组织病理学过程,血管靶向治疗的有效性,以及识别早期癌症预后等。 光声成像化疗前(e) 后肿瘤内血管数量增加和血氧含量减少(黄色箭头)缺血性或出血性中风占全球人类死亡的约10%,并且异常难以预测。光声成像的血液敏感性使其非常适合于缺血性脑卒中研究。光声成像具有较高的空间可扩展性和可调的光学对比度,可以同时进行单血管水平的微观成像和组织水平的宏观成像,为及时监测缺血性卒中疾病进展提供了充足的指标。快速治疗对于减少缺氧导致的细胞死亡至关重要,治疗后缺氧或恢复的进展也可通过光声成像监测。 光声成像在脑卒中的血氧含量检测
绿箭头显示缺血后明显不对称
类风湿关节炎(RA)是一种炎症性自身免疫性疾病,影响0.24%的人群,除了引起巨大的关节疼痛外,还可能发展为器官的免疫攻击。类风湿关节炎中,关节由于炎症极度充血,可见血管增生,静脉和毛细血管扩张,炎症组织的代谢状态在其生理状态(即血容量和血氧)中非常明显。光声成像提供高分辨率光学对比度,可以用于检测和研究炎症组织,特别是炎症性关节炎中的软骨、滑膜、血管和骨组织的形态。在慢性炎症性疾病中,不受控制的炎症与住院率、并发症和死亡率的增加有关。克罗恩病是一种消化道慢性炎症疾病,严重时可能会导致肠梗阻等并发症。光声成像能够对血管Hb和HbO2吸收物进行空间定位,可以无创量化血红蛋白依赖的组织灌注和氧合。利用光声成像克罗恩病患者的肠道炎症进行经腹评估,为客观评估和评估炎症水平提供了可靠的、无创的功能信息。克罗恩病的氧合状态:
从左至右:氧合状态从低到高;疾病状态:康复,轻度,中度,重度
血红蛋白是一种优秀的内源性发色团,可以在可见光和近红外范围内提供光声成像对比度。光声成像作为唯一定量检测深层组织血氧的成像方式,可以提供丰富的血管信息和功能信息。光声成像具有光学的高对比度和超声的高深度、安全无损、时间分辨率(即实时性)等优势。光声成像Marsonics PIIP平台是专为科研工作量身打造的光声综合成像平台。该平台采用领先的环形激光打光系统和环形卧式成像系统,实现近红外一区和近红外二区的光声成像效果。该平台集成了独有的光锥定量功能成像技术,能够检测血红蛋白、血氧饱和度等重要的生理指标。可应用于疾病早期诊断、肿瘤疗效评估、脑科学研究、心血管研究、新型造影剂(探针)的研发、纳米材料临床应用分析、药物代谢、基因表达研究,以及干细胞和免疫研究等诸多领域。E. Seeram, Computed tomography: a technical review, Radio. Technol. 89 (3) (2018), 279ct-302ct.
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