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    “心血管腔內光聲-超聲-OCT三模態成像系統”有望提升診斷準確性

    2021-05-20

           近日,深圳先進技術研究院研發出業內首 個具有在體成像潛力的血管內光聲-超聲-OCT多模態成像系統。該系統在僅有0.9mm外徑的精密成像導管內同時集成了超聲、OCT及最新的光聲光譜成像技術。該系統不僅可觀察血管壁的整體形態與微觀結構,還可同時對斑塊的脂質成分進行三維成像識別,并提供其量化的濃度信息,有望成為更準確診斷易損斑塊的創新技術工具。
      
      心血管腔內超聲顯像是將超聲探頭安置于導管頂端或導管樣探頭經動脈或靜脈入循環系統,在所需觀察區域顯示心血管結構的新技術.它可定性.定量分析管壁斑塊,鑒別管內血栓及管壁夾層,選擇介入治療方案。近年來,心血管超聲診斷技術有了迅猛的發展,診斷水平有較明顯的提高。包括:血管內超聲顯像(IVUS)、心腔超聲造影或心肌超聲顯影(MCE)、超聲負荷試驗(Stress E- cho)、心血管超聲三維成像(3D)、經食管超聲顯像(TEE)及新的室壁運動顯影技術(DTI、CK)。
      
      光聲成像是近年來發展起來的一種非入侵式和非電離式的新型生物醫學成像方法。當脈沖激光照射到(熱聲成像則特指用無線電頻率的脈沖激光進行照射)生物組織中時,組織的光吸收域將產生超聲信號,我們稱這種由光激發產生的超聲信號為光聲信號。生物組織產生的光聲信號攜帶了組織的光吸收特征信息,通過探測光聲信號能重建出組織中的光吸收分布圖像。光聲成像結合了純光學組織成像中高選擇特性和純超聲組織成像中深穿透特性的優點,可得到高分辨率和高對比度的組織圖像,從原理上避開了光散射的影響,突破了高分辨率光學成像深度“軟極限”(~1 mm),可實現50 mm的深層活體內組織成像。
      
      光聲信號產生的基本原理是:當用短脈沖激光照射吸收體時,吸收體中的分子吸收光子后,當滿足一定的條件時,吸收體分子的電子從低能級躍遷到高能級而處于激發態,而處于激發態的電子極不穩定,當電子從高能級向低能級躍遷時,會以光或熱量的形式釋放能量。在光聲成像應用中通常會選擇合適波長的激光作為激發源,使吸收的光子的能量轉化為熱能的效率最大,通常從光能轉化為熱能的效率可達到90%以上。釋放的熱量導致吸收體局部溫度升高,溫度升高后導致熱膨脹而產生壓力波,這就是光聲信號。因此,光聲信號的產生過程就是“光能”-“熱能”-“機械能”的轉化過程。
      
      光聲成像過程可以分為三個部分:信號的產生、信號的接收和信號處理及圖像重建(見圖1)。由于脈沖激光器具有光聲轉換效率高的優點,因此通常被作為光聲成像研究中產生信號的激勵源。脈沖激光器發出的激光束照射在待研究組織樣品上,由于組織樣品的吸收效應,在樣品內部形成了與組織光學參數相關的能量沉積分布。由于激光脈寬很窄(ns)吸收的能量不能在短時間內釋放,導致瞬間溫度變化,從而通過熱彈機制轉化為熱膨脹。周期性熱流使周圍的介質熱脹冷縮而激發超聲波,由于這種超聲波信號的特殊產生機理,為了區別于其它的超聲信號,通常稱為光聲信號。利用超聲探測器接收光聲信號并對采集到的信號進行適當地處理和采用相應的圖像重建算法,就能夠得到樣品內部光能量沉積的分布。當保證入射光的均勻性的前提下,光聲重建圖像與吸收分布具有一一對應的關系。
      
      光學相干斷層掃描技術 (簡稱 OCT)是近年來發展較快的一種最具發展前途的新型層析成像技術,特別是生物組織活體檢測和成像方面具有誘人的應用前景,已嘗試在眼科、牙科和皮膚科的臨床診斷中應用,是繼 X-CT 和 MRI 技術之后的又一大技術突破,近年來已得到了迅速的發展。OCT是一種非接觸、高分辨率層析和生物顯微鏡成像設備。
      
      OCT的掃描方式有水平、垂直、環形、放射狀以及不同角度的線性掃描,檢查者可根據病變的部位、性質以及檢查目的來選擇合適的掃描方式。因OCT橫向分辨率與掃描長度有關,掃描線越長,分辨率越低。為了便于資料的比較以及采集資料的規范,可以選擇固定的掃描長度和固定的掃描順序。如對黃斑的掃描,可選擇掃描線長度為4mm或者4.5mm,間隔45°的線性掃描作為基本掃描。
      
      OCT技術最重要的應用之一是探測人體軟組織的早期癌變。癌癥的早期診斷是挽救病人生命的關鍵,唯一確定的診斷方法是通過活組織檢查,問題是需要花費一定的診斷時間,且給出的結論與分析人員的經驗等主觀因素有很大關系,準確測定癌變區的邊界就更加困難。OCT則依據癌變組織具有與健康組織不同的光譜特性和結構,得到組織清晰的像,由此實時而準確地進行診斷。因為采用了計算機進行信號處理,所得結果與操作人員的主觀因素無關。另外,OCT技術將成為對皮下組織病變進行實時診斷而無需活組織檢查的一種權威方法,但在此之前還需要更多的臨床試驗揭示其優點及待解決的問題。

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