光声断层扫描可以在皮肤下面的颜色和细节中看到'

每个新的成像技术都有一个魔法的光环，因为它突然揭示了被隐藏的东西，并使显看不见。所以，对于光声层析成像，这允许科学家几乎剥离了几英寸的肉，看看下面的东西。

该技术通过光和声音之间的优雅婚姻实现了这种深度愿景，结合了由于造成的高对比度光吸收通过彩色分子如有血红蛋白或黑色素空间分辨率超声波。

Lihong V.王，博士，基因K.珍珠杰出教授生物医学工程在圣路易斯华盛顿大学工程与应用科学学院的一份报告中，他总结了光声成像技术在3月23日的一期杂志上的最新进展科学。

他已经在与华盛顿大学医学院的医生们一起研究光声技术的四个应用断层摄影术进入临床试验。一个是可视化乳腺癌分期中重要的Sentinel淋巴结;一秒钟，以监测对化疗的早期反应;三分之一的图像黑色素组织;和第四个图像图像胃肠道。

其中最令人兴奋的进步是光声断层扫描能够揭示组织对氧的使用，因为过度的氧燃烧(称为高代谢)是癌症的一个标志。

在癌症的早期阶段，王说，并不需要别的继续，因此，不需要对造影剂的预警诊断测试可能是一个游戏更换者。

光声断层扫描如何工作

虽然我们都来接受X射线图像的灰色，但结构看起来像灯光和阴影，他们是我们内部的“照片”的替代品。

这样的照片并不存在，因为光子只能穿透软组织到大约一毫米的深度，然后它们就会分散开来，不可能解开它们的路径并生成图像。但是散射不会破坏光子，光子可以达到7厘米(约3英寸)的深度。

光声断层扫描的诀窍是将深度吸收的光转换为声波，散布小于光的千倍，以传输回到表面。待成像的组织通过在光波长处的纳秒脉冲激光照射。

在表面下方的分子通过分子吸收，产生热诱导的压力跳跃，该跳跃发射测量的声波超声接收器在表面上并重新组装以创建什么，实际上是照片。

与x射线不同的是，光也能穿透很深，不会对健康造成危害。此外，光声图像的对比度比x射线图像要高得多，因为体内有许多颜色鲜艳的分子充当“内源性”造影剂。其中包括血红蛋白，当它获得或失去氧气时，它会改变颜色黑色素细胞核中“浓缩”的DNA比细胞质的颜色要“深”。

随着“外源性”（介绍）造影剂的一点帮助，例如工程化的有机染料或基因，以表达色彩鲜艳的产品，光声断层扫描还可以图像组织，例如淋巴结，否则与周围环境混合。王也一直在尝试编码着色产品的“报告基因”基因，其在光声图像中显示出很好。

放下手术刀

前哨淋巴结活检为光声成像的改进提供了一个很好的例子。前哨淋巴结是最靠近肿瘤(如乳腺肿瘤)的淋巴结，癌细胞首先会向其迁移。

在前哨淋巴结活检中，外科医生在肿瘤附近注射放射性物质、染料或两者。人体将这两种物质视为异物，所以它们会流向第一个引流淋巴结，然后被过滤并排出体外。

“伽玛探针或盖格计数器用于定位放射性粒子，”王说，“但它只给出了节点的位置粗略的想法。”要找到节点，外科医生必须切断区域并在视觉上遵循染料到哨兵淋巴结。

大约10％的患者被发现发现癌细胞癌细胞，但5％的患者遭受副作用，例如麻木，肿胀（淋巴水肿）或减少的运动范围。因此，诊断程序本身并非没有风险。

Wang建议简单地注入一种光染料，这种染料在光声图像中显示得如此清晰，以至于空心针可以被直接引导到前哨淋巴结和通过针获取的组织样本。

他说，在目前正在进行的临床试验中，外科医生不是取出组织，而是将一个微小的金属夹穿过针头。然后患者要进行淋巴结清扫，这是“标准护理”治疗。对切除的淋巴结进行x光检查，看它是否包含夹子。

“如果这种技术证明准确，我们将在门诊基础上将手术程序转化为可能的针活检，”王说。“在美国，在美国，这些手术活组织检查中的100,000只都是很年的，因此新程序将使许多患者受伤 - 更不用说费用。”

看到功能

光声断层扫描的一个令人兴奋的方面是图像包含功能以及结构信息，因为颜色反映了化学成分和化学决定了功能。

例如，光声断层扫描可以检测血红蛋白的氧饱和度，当它携带氧气时是鲜红色的，当它释放它时变暗红色。

几乎所有疾病，尤其是癌症和糖尿病，都会导致氧代谢异常。因此，氧气使用的代谢率是疾病的重要标志。

与其他可以在光声图像中测量的其他参数，例如血管横截面，浓度血红蛋白血流速度，氧饱和度的梯度可用于计算组织区域的氧气。

最广泛用于测量氧气的成像技术是正电子发射断层扫描（PET），其需要注射或吸入放射性标记的示踪剂和不期望的辐射暴露。

去年在《生物医学光学杂志》上，Wang的团队证明了在动物模型中注射肿瘤细胞后的几天内，氧代谢暴露了黑色素瘤(一种皮肤癌)和胶质母细胞瘤(一种脑瘤)的存在。氧气使用量在一周内翻了一番。

“因为高代谢是癌症的一个典型特征，”王说，“光声成像可以让癌症在早期被发现，而不需要使用外来造影剂。”

王将在美国癌症研究协会（AACR）的年会上谈到光声断层扫描。

一个单一的视觉

王某曾在过光声成像以上超过10年，看到了一个副专题，但最终对技术的更具变革的优势。

“每一份顶级期刊的每一期都发表令人兴奋的实验室发现，”他说，“但只有一小部分被转化为临床实践。”部分问题在于，图像是在不同的尺度上用不同的方法制作的，因此很难进行跨尺度的比较。

“在目前的实践中，”他说，“我们使用光学显微镜来检查细胞器和细胞和非极光成像技术，例如组织和器官的X射线断层扫描。没有临床成像技术使您具有光学技术的强烈对比。

“所以微观领域和宏观领域之间有一个巨大的鸿沟，因为人们不能将在一个长度范围内获得的图像与在另一个长度范围内获得的图像联系起来。

“我的希望是，光声断层扫描，它一致的对比度在所有长度尺度上，可以帮助将微观实验室发现转化为宏观临床实践。”

出于类似的原因，他认为光声成像将对系统生物学有用。系统生物学是生物科学的新运动，它关注的是整个系统，而不是单个部件。

“我们真的只是工具的创造者，”王说，“他们将帮助其他科学家在生物学和医学上做出革命性的发现。”至少这是我的希望。”

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