【產(chǎn)通社，1月29日訊】通過融合兩種強大的成像方法，美國加州理工和南加州大學(xué)的研究人員開發(fā)出一種前所未有的快速和觀察人體細節(jié)的新方法。該技術(shù)能夠生成三維全彩圖像，不僅展示了軟組織的形狀，還實時展示了血管的功能。在早期演示中，研究人員成功拍攝了人體多個不同部位，凸顯了該方法的多功能性。

這種結(jié)合影像技術(shù)有望顯著改善醫(yī)生發(fā)現(xiàn)和研究疾病的方式。潛在應(yīng)用包括更精確的乳腺腫瘤成像、追蹤糖尿病引起的神經(jīng)損傷的新方法，以及在血液流動下觀察大腦結(jié)構(gòu)的先進工具。這項工作為醫(yī)學(xué)掃描提供了一條路徑，這些掃描既信息量更大，也更容易長期重復(fù)。

研究人員在發(fā)表在《自然》生物醫(yī)學(xué)工程期刊上的一篇論文中描述了這項新技術(shù)。

醫(yī)學(xué)影像通常需要在速度、成本和可采集信息類型之間做出權(quán)衡。超聲作為最廣泛使用的技術(shù)之一，速度快、成本低廉，非常適合可視化組織結(jié)構(gòu)。然而，它通常只能提供二維視圖，難以廣泛捕捉范圍或揭示血液化學(xué)或血液流動的詳細信息。

光聲成像解決了部分空白，但引入了其他空白。在這種方法中，激光光被送入人體，被血管中的分子吸收。這種吸收產(chǎn)生了聲波，可以被檢測并轉(zhuǎn)化為圖像。由于不同分子以不同方式吸收光線，光聲成像可以用光學(xué)色彩顯示血管，從而可視化血液在動脈和靜脈中的流動。然而，單靠該技術(shù)無法提供足夠的結(jié)構(gòu)細節(jié)，無法完全繪制周圍組織的分布圖。

其他先進的成像工具，如計算機斷層掃描（CT）和磁共振成像（MRI），可以提供詳細的解剖圖像，但也存在顯著的缺點。這些方法可能成本高昂，需要使用顯影劑，有時需要暴露于電離輻射，或者耗時過長，不適合頻繁監(jiān)測或床邊使用。

結(jié)合超聲與光聲學(xué)

為克服這些限制，研究人員開發(fā)了RUS-PAT（旋轉(zhuǎn)超聲斷層掃描，RUST，結(jié)合光聲CT掃描，PAT）。PAT最早由加州理工學(xué)院醫(yī)學(xué)工程與電氣工程布倫教授、Andrew and Peggy Cherng醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)導(dǎo)講席教授王立宏在二十多年前開發(fā)。

在PAT中，吸收光線的分子對短激光脈沖產(chǎn)生振動，產(chǎn)生聲學(xué)信號。這些信號隨后可以被檢測并處理，形成詳細的高分辨率圖像。研究團隊當(dāng)前工作的目標(biāo)是將PAT與超聲的優(yōu)勢結(jié)合起來。但這不是一加一，需要找到一種最優(yōu)的方式將這兩種技術(shù)結(jié)合起來。

將光學(xué)色彩引入超聲圖像

混合旋轉(zhuǎn)超聲與光聲學(xué)斷層掃描（RUS-PAT）結(jié)合了快速全景旋轉(zhuǎn)超聲斷層掃描與光聲學(xué)斷層掃描，實現(xiàn)軟組織結(jié)構(gòu)和血管的準(zhǔn)同步三維成像。該系統(tǒng)已被用于獲得多個人體解剖區(qū)域的大視場雙對比成像，包括頭部、乳房和四肢。

超聲通常使用多種換能器來產(chǎn)生和接收超聲波，直接將該過程與PAT結(jié)合起來，對于廣泛應(yīng)用來說過于復(fù)雜且成本過高。而PAT只需通過超聲波檢測，這給了王一個主意。PAT允許激光光在組織內(nèi)擴散，最終觸發(fā)可測量的超聲波產(chǎn)生。

同樣，研究人員可以用一個廣域超聲換能器將超聲波廣泛發(fā)射到組織中。隨后可以使用相同的探測器測量兩種模態(tài)產(chǎn)生的波。在新系統(tǒng)中，少量弧形探測器圍繞中心點旋轉(zhuǎn)，使其表現(xiàn)得像一個完整的半球探測器，但復(fù)雜度和成本都降低了一小部分。

已展示的臨床潛力

聲學(xué)與光聲學(xué)技術(shù)的新結(jié)合解決了當(dāng)前臨床實踐中廣泛使用的醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的許多關(guān)鍵局限，更重要的是，人類應(yīng)用的可行性已在多個環(huán)境中得到證明。

RUS-PAT技術(shù)有望應(yīng)用于身體任何能夠?qū)⒐鈧鬟f到的區(qū)域，并適用于臨床醫(yī)生或研究人員需要通過形態(tài)學(xué)和顏色相關(guān)功能的協(xié)同成像而受益的應(yīng)用。例如，RUS-PAT可以改善乳腺腫瘤成像技術(shù)，使醫(yī)生能夠準(zhǔn)確了解腫瘤的位置和環(huán)境，以及其病理和生理。它還可以幫助醫(yī)生監(jiān)測糖尿病神經(jīng)病變引起的神經(jīng)損傷，提供一體化的氧氣供應(yīng)監(jiān)測和形態(tài)監(jiān)測方式。王博士表示，這項技術(shù)在腦成像中也可能有用，使科學(xué)家能夠觀察大腦的結(jié)構(gòu)細節(jié)，同時觀察血流動力學(xué)。

目前，該系統(tǒng)可掃描至約4厘米深度。光線也可以通過內(nèi)鏡傳遞，使深層組織更容易被新技術(shù)覆蓋。RUS-PAT掃描可在不到一分鐘內(nèi)完成。配置包括一套掃描系統(tǒng)，配備超聲換能器和安裝在床底下的激光。該藥物已在人類志愿者和患者身上驗證，目前處于轉(zhuǎn)化開發(fā)的早期階段。

剪報來源：
https://scitechdaily.com/scientists-develop-a-new-way-to-see-inside-the-human-body-using-3d-color-imaging/
論文鏈接：
DOI：10.1038/s41551-025-01603-5