光声成像与近红外光学成像的完美结合

1，光声成像结合近红外光学，两种成像模式的融合：

近红外超声成像技术的原理：当近红外脉冲激光照射到生物组织上,生物组织吸收光能量而产生热膨胀，在脉冲间隙释放能量发生收缩。伴随着热胀冷缩的过程会产生高频超声波，吸收光能量的多少决定了产生的超声波的强度。因为不同的组织对近红外光的吸收不同，于是就会产生不同强度的超声波，这个技术对于血管成像十分理想，因为血红蛋白是近红外超声成像内源性的造影剂。利用这个技术，在肿瘤学的研究中可以用来区分正常组织和病变组织（因为癌症组织的血管十分丰富）。另外，光声成像技术检测的是超声信号（该技术克服了纯光学成像技术在成像深度与分辨率上不可兼得的不足），反映的是光能量吸收的差异（补充纯超声成像技术在对比度和功能性方面的缺陷），结合近红外光学和超声这两种成像技术各自的优点，能实现对组织体较大深度的高分辨率、高对比度、高灵敏度的结构成像和功能成像的结合，并且能对感兴趣区域（肿瘤部位）做断层成像，效果要优于小动物CT。并且近红外成像由于其穿透力较深和组织背景低等特点，特别适合于体内的成像；并且该系统所配备的近红外实时成像系统，可实时指导小动物乃至大动物的手术操作，在造影剂的辅佐下，可完成靶向部位的探测成像，指导手术的细微操作。因此，该成像平台不仅可以完成无标记的组织结构和功能成像（光声部分），又可在造影剂的增强效果下完成手术的导航（近红外光学部分），是科研定量研究和转化医学的结合产物。近红外超声成像平台是近年来发展起来的一种无损医学成像方法，它结合了纯光学成像的高对比度特性和纯超声成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高对比度的组织成像。并可对组织进行3D定量分析，可完成多波长激发的断层扫描，可实时指导动物模型的手术操作过程，它是近几年来新兴的无损医学成像方法，也是动物模型研究中不可或缺的工具之一。

目前应用近红外超声技术的文章多在国际前沿杂志上发表，如nature等，它代表了新型的小动物成像发展的趋势，也给小动物成像带来了技术上的革新。所以能够购买此平台将会大大提高科研技术水平，缩短与国际领先实验室的技术差距。

近红外光学部分在染料、探针或造影剂的选择上与光声成像是兼容的，因为光声成像的波长就是在近红外区域，所以从实验设计上来讲，就能够做到完全与光声成像同步。不需要设计和增加额外的探针或造影剂，就能够实时同步确证的实验，从而节约了研究成本，也能够确保数据对比的可靠性。

近红外光学部分具有实时光学成像的特点，可以持续对研究对象进行成像并录制成连续动态的电影，观察探针或造影剂在体内分布的时间分布。这种实时成像同时还具有开放的特点，即不需要专业暗室，动物也不需要进行麻醉，只要将近红外光学探头对准动物即可。这种简单易用的操作，不需要特殊试验条件的特点使得近红外光学更具有较强的实用性。由于它具有实时成像、实时录影的特点，因此对于某些吸收较快、清除较快的探针具有特别重要的现实意义。任何一个时间段的荧光信号变化都能够被完全捕获下来，不会漏掉某

个时段的信号信息。

近红外光学部分具有较大动物适应性，可以用在从小鼠、大鼠、豚鼠、兔子、狗、羊、猪、直至马等大动物身上。这是其他成像设备所并不能具备的特点。

近红外光学部分特别适合于肿瘤成像研究。肿瘤对于探针的吸收也是较为快速，使用该模块可以实施肿瘤的实时成像分析。该模块配套使用的AngioStamp专用荧光染料，可以很好地用于肿瘤血管新生的分析。在连续实时成像分析模式下，可以清楚记录荧光探针在肿瘤内外吸收、沉积、清除的整个连续过程。而且不需要对动物进行麻醉和其他任何实验介入，从而最大程度地保证了动物的自然状态，确保科研数据的可靠性。

在血管和淋巴相关研究方面，近红外光学部分也能发挥较大的作用。使用该模块配套的SentiDye专用染料，可以实现血管和淋巴的实时成像。当然也可以使用各自实验室使用的在该波长下的其他探针染料。

近红外光学部分可用于药物代谢的研究。药物在体内的分布一直是药物研究者所关注的焦点。药物连接上近红外荧光染料后，就可以在该模块下研究药物在体内的分布和代谢。而且这种研究得到是实时动态的过程，并不会失掉任何一个时间点，配合分析软件，就可实现荧光信号的定量分析，从而得出药物动力学的一些定量数据。

近红外光学部分更特别适合于转化医学研究，由于它具有较大的动物适应性，因此对于转化医学研究具有重大的推动作用。甚至可以用于以科研为目的的转化医学患者对象研究。Endra公司是由辉瑞、默克、强生、雅培、Lilly、诺华诺德、阿斯特拉等七大制药公司组成的Enlight Biosciences实体投资成立的。Endra发展光声的历史可以追溯到2001年，迄今已有13年的历史，目前Endra已经在肿瘤生物学和探针研发方面开展了7年多的应用性研究。目前Endra Nexus128光声系统在全世界装机量最大，用户数最多，使用频率也是最高的。例如斯坦福大学准备购买第二台Endra。光声系统的发明人华盛顿大学(St Louis)汪立宏教授是Endra公司的科学顾问，斯坦福大学的Sam Gambhir教授也是Endra 的科学顾问。这两位在生物医学成像领域的大师级人物也是众多该领域科技期刊的主编或编委，Endra公司与他们良好的关系可以为科研论文的发表奠定良好的基础。

2，近红外光学（实时开放式成像）其他运用：

肿瘤生物学

肿瘤动态监测-转移,增殖

肿瘤治疗疗效评估

肿瘤切除实时指导

肿瘤动物模型的建立

肿瘤新生血管成像

区域引流淋巴节成像

药学

药物靶向治疗

药物代谢分布

血管生物学

血管网络成像，动脉静脉成像

血管接驳指导

其他领域

实时手术引导

大动物成像

荧光染料的评估

生物分子的体内分布

3，未来共同配合上临床项目：近红外手术导航系统

•荧光造影剂已经在临床上广泛应用，如FITC， ICG，甲基蓝等，用于血管造影，肝功能检测和前哨淋巴结的示踪。

• 荧光造影剂具备低毒性，所以在临床上使用对病人和医护人员都比较安全。

• 荧光造影剂用于血管造影可以取代传统的数字减影（DSA）技术，减少病人和医护人员的辐射。

• 荧光成像技术广泛应用于外科手术如肝胆外科手术，冠状动脉搭桥，皮瓣移植，美容重建等。

• 荧光成像技术已经用于肿瘤手术图像引导切除术（Image-Guided Surgery），被学术期刊评为2011年外科手术的10大进展之一，未来发展前景广阔。

• 术中荧光成像技术应用于肿瘤手术需要高灵敏度的术中导航系统和高（肿瘤）特异性的荧光造影剂。