光聲成像與近紅外光學(xué)成像的完美結(jié)合

光聲成像結(jié)合近紅外光學(xué)，兩種成像模式的融合：近紅外超聲成像技術(shù)的原理：當(dāng)近紅外脈沖激光照射到生物組織上，生物組織吸收光能量而產(chǎn)生熱膨脹，在脈沖間隙釋放能量發(fā)生收縮。伴隨著熱脹冷縮的過程會(huì)產(chǎn)生高頻超聲波，吸收光能量的多少?zèng)Q定了產(chǎn)生的超聲波的強(qiáng)度。因?yàn)椴煌慕M織對(duì)近紅外光的吸收不同，于是就會(huì)產(chǎn)生不同強(qiáng)度的超聲波，這個(gè)技術(shù)對(duì)于血管成像十分理想，因?yàn)檠t蛋白是近紅外超聲成像內(nèi)源性的造影劑。利用這個(gè)技術(shù)，在腫瘤學(xué)的研究中可以用來區(qū)分正常組織和病變組織（因?yàn)榘┌Y組織的血管十分豐富）。另外，光聲成像技術(shù)檢測的是超聲信號(hào)（該技術(shù)克服了純光學(xué)成像技術(shù)在成像深度與分辨率上不可兼得的不足），反映的是光能量吸收的差異（補(bǔ)充純超聲成像技術(shù)在對(duì)比度和功能性方面的缺陷），結(jié)合近紅外光學(xué)和超聲這兩種成像技術(shù)各自的優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)對(duì)組織體較大深度的高分辨率、高對(duì)比度、高靈敏度的結(jié)構(gòu)成像和功能成像的結(jié)合，并且能對(duì)感興趣區(qū)域（腫瘤部位）做斷層成像，效果要優(yōu)于小動(dòng)物CT。并且近紅外成像由于其穿透力較深和組織背景低等特點(diǎn)，特別適合于體內(nèi)的成像；并且該系統(tǒng)所配備的近紅外實(shí)時(shí)成像系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)指導(dǎo)小動(dòng)物乃至大動(dòng)物的手術(shù)操作，在造影劑的輔佐下，可完成靶向部位的探測成像，指導(dǎo)手術(shù)的細(xì)微操作。因此，該成像平臺(tái)不僅可以完成無標(biāo)記的組織結(jié)構(gòu)和功能成像（光聲部分），又可在造影劑的增強(qiáng)效果下完成手術(shù)的導(dǎo)航（近紅外光學(xué)部分），是科研定量研究和轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)的結(jié)合產(chǎn)物。近紅外超聲成像平臺(tái)是近年來發(fā)展起來的一種無損醫(yī)學(xué)成像方法，它結(jié)合了純光學(xué)成像的高對(duì)比度特性和純超聲成像的高穿透深度特性，可以提供高分辨率和高對(duì)比度的組織成像。并可對(duì)組織進(jìn)行3D定量分析，可完成多波長激發(fā)的斷層掃描，可實(shí)時(shí)指導(dǎo)動(dòng)物模型的手術(shù)操作過程，它是近幾年來新興的無損醫(yī)學(xué)成像方法，也是動(dòng)物模型研究中不可或缺的工具之一。目前應(yīng)用近紅外超聲技術(shù)的文章多在國際前沿雜志上發(fā)表，如nature等，它代表了新型的小動(dòng)物成像發(fā)展的趨勢，也給小動(dòng)物成像帶來了技術(shù)上的革新。所以能夠購買此平臺(tái)將會(huì)大大提高科研技術(shù)水平，縮短與國際領(lǐng)先實(shí)驗(yàn)室的技術(shù)差距。近紅外光學(xué)部分在染料、探針或造影劑的選擇上與光聲成像是兼容的，因?yàn)楣饴暢上竦牟ㄩL就是在近紅外區(qū)域，所以從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上來講，就能夠做到完全與光聲成像同步。不需要設(shè)計(jì)和增加額外的探針或造影劑，就能夠?qū)崟r(shí)同步確證的實(shí)驗(yàn)，從而節(jié)約了研究成本，也能夠確保數(shù)據(jù)對(duì)比的可靠性。近紅外光學(xué)部分具有實(shí)時(shí)光學(xué)成像的特點(diǎn)，可以持續(xù)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行成像并錄制成連續(xù)動(dòng)態(tài)的電影，觀察探針或造影劑在體內(nèi)分布的時(shí)間分布。這種實(shí)時(shí)成像同時(shí)還具有開放的特點(diǎn)，即不需要專業(yè)暗室，動(dòng)物也不需要進(jìn)行麻醉，只要將近紅外光學(xué)探頭對(duì)準(zhǔn)動(dòng)物即可。這種簡單易用的操作，不需要特殊試驗(yàn)條件的特點(diǎn)使得近紅外光學(xué)更具有較強(qiáng)的實(shí)用性。由于它具有實(shí)時(shí)成像、實(shí)時(shí)錄影的特點(diǎn)，因此對(duì)于某些吸收較快、清除較快的探針具有特別重要的現(xiàn)實(shí)意義。任何一個(gè)時(shí)間段的熒光信號(hào)變化都能夠被完全捕獲下來，不會(huì)漏掉某個(gè)時(shí)段的信號(hào)信息。近紅外光學(xué)部分具有較大動(dòng)物適應(yīng)性，可以用在從小鼠、大鼠、豚鼠、兔子、狗、羊、豬、直至馬等大動(dòng)物身上。這是其他成像設(shè)備所并不能具備的特點(diǎn)。近紅外光學(xué)部分特別適合于腫瘤成像研究。腫瘤對(duì)于探針的吸收也是較為快速，使用該模塊可以實(shí)施腫瘤的實(shí)時(shí)成像分析。該模塊配套使用的AngioStamp專用熒光染料，可以很好地用于腫瘤血管新生的分析。在連續(xù)實(shí)時(shí)成像分析模式下，可以清楚記錄熒光探針在腫瘤內(nèi)外吸收、沉積、清除的整個(gè)連續(xù)過程。而且不需要對(duì)動(dòng)物進(jìn)行麻醉和其他任何實(shí)驗(yàn)介入，從而最大程度地保證了動(dòng)物的自然狀態(tài)，確保科研數(shù)據(jù)的可靠性。在血管和淋巴相關(guān)研究方面，近紅外光學(xué)部分也能發(fā)揮較大的作用。使用該模塊配套的SentiDye專用染料，可以實(shí)現(xiàn)血管和淋巴的實(shí)時(shí)成像。當(dāng)然也可以使用各自實(shí)驗(yàn)室使用的在該波長下的其他探針染料。近紅外光學(xué)部分可用于藥物代謝的研究。藥物在體內(nèi)的分布一直是藥物研究者所關(guān)注的焦點(diǎn)。藥物連接上近紅外熒光染料后，就可以在該模塊下研究藥物在體內(nèi)的分布和代謝。而且這種研究得到是實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的過程，并不會(huì)失掉任何一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，配合分析軟件，就可實(shí)現(xiàn)熒光信號(hào)的定量分析，從而得出藥物動(dòng)力學(xué)的一些定量數(shù)據(jù)。近紅外光學(xué)部分更特別適合于轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究，由于它具有較大的動(dòng)物適應(yīng)性，因此對(duì)于轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)研究具有重大的推動(dòng)作用。甚至可以用于以科研為目的的轉(zhuǎn)化醫(yī)學(xué)患者對(duì)象研究。Endra公司是由輝瑞、默克、強(qiáng)生、雅培、Lilly、諾華諾德、阿斯特拉等七大制藥公司組成的EnlightBiosciences實(shí)體投資成立的。Endra發(fā)展光聲的歷史可以追溯到2001年，迄今已有13年的歷史，目前Endra已經(jīng)在腫瘤生物學(xué)和探針研發(fā)方面開展了7年多的應(yīng)用性研究。目前EndraNexusl28光聲系統(tǒng)在全世界裝機(jī)量最大，用戶數(shù)最多，使用頻率也是最高的。例如斯坦福大學(xué)準(zhǔn)備購買第二臺(tái)Endra。光聲系統(tǒng)的發(fā)明人華盛頓大學(xué)（StLouis）汪立宏教授是Endra公司的科學(xué)顧問，斯坦福大學(xué)的SamGambhir教授也是Endra的科學(xué)顧問。這兩位在生物醫(yī)學(xué)成像領(lǐng)域的大師級(jí)人物也是眾多該領(lǐng)域科技期刊的主編或編委，Endra公司與他們良好的關(guān)系可以為科研論文的發(fā)表奠定良好的基礎(chǔ)。近紅外光學(xué)（實(shí)時(shí)開放式成像）其他運(yùn)用：腫瘤生物學(xué)腫瘤動(dòng)態(tài)監(jiān)測-轉(zhuǎn)移，增殖腫瘤治療療效評(píng)估腫瘤切除實(shí)時(shí)指導(dǎo)腫瘤動(dòng)物模型的建立腫瘤新生血管成像區(qū)域引流淋巴節(jié)成像藥學(xué)藥物靶向治療藥物代謝分布血管生物學(xué)血管網(wǎng)絡(luò)成像，動(dòng)脈靜脈成像血管接駁指導(dǎo)其他領(lǐng)域?qū)崟r(shí)手術(shù)引導(dǎo)大動(dòng)物成像熒光染料的評(píng)估生物分子的體內(nèi)分布未來共同配合上臨床項(xiàng)目：近紅外手術(shù)導(dǎo)航系統(tǒng)?熒光造影劑已經(jīng)在臨床上廣泛應(yīng)用，如FITC,ICG,甲基藍(lán)等，用于血管造影，肝功能檢測和前哨淋巴結(jié)的示蹤。?熒光造影劑具備低毒性，所以在臨床上使用對(duì)病人和醫(yī)護(hù)人員都比較安全。?熒光造影劑用于血管造影可以取代傳統(tǒng)的數(shù)字減影（DSA）技術(shù)，減少病人和醫(yī)護(hù)人員的輻射。?熒光成像技術(shù)廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)如肝膽外科手術(shù)，冠狀動(dòng)脈搭橋，皮瓣移