【技术讲座】光声多模态成像技术

3月28日，我们在客户单位举办了一场光声多模式技术交流会。在此次交流会上，我们详细介绍了光声多模态成像的技术原理、先进性和应用场景，与参会的平台老师和同学们进行了深入的交流和探讨。现在，让我们一同回顾本场研讨会的重要内容。

传统成像方法的问题与挑战

由于组织会对光产生散射，光无法穿透到深层组织，一般光学显微成像的深度只能在100um以内，其特点是可以获得高分辨率图像。超声成像是利用超声波在人体组织内传播的不同声学特性进行成像，可获得更深的成像深度，但分辨率较低。

光声显微成像突破传统光学的衍射极限，成像深度更深达6mm；在更深的成像深度，仍能维持光学级别的高分辨率，精度达3um。能有效填补光学成像深度和超声成像的缺点和空白。对于一些特殊组织，无需要造影剂即可成像，譬如血管的无创成像。

技术原理-光声成像

光声效应：脉冲激光照射，组织内分子光吸收瞬时热膨胀，产生超声波，超声探测器检测并重建组织内部光吸收分布图像。

丰富的应用场景

脑功能成像

应用多模态小动物成像仪，获得高分辨率的图像，显示出脑部结构和功能的细节；非侵入性的可视化脑血管和脑脊液动态，还能帮助研究人员理解脑脊液循环、神经退行性疾病等方面的机制。通过实时监测脑脊液的流动和清除过程，为研究人员提供了全新的视角，有助于早期诊断和治疗中枢神经系统退行性、自身免疫和炎症性疾病。展示了在脑功能连接和疾病基础研究中的广阔应用前景。

WANG Z et al., Optics Letters  48(9):e2265, 2023.

肿瘤生长与治疗监控

应用多模态小动物成像仪，实现了小鼠肿瘤滋养血管生长情况的监控，验证了肿瘤滋养血管的弯曲度、密度、深度与肿瘤生长时间的关系。研究人员可以定量评估肿瘤血管生成、治疗效果以及血管动态等生物学过程。这对于肿瘤研究和治疗策略的优化具有重要意义。

Yang, F et al., J. Biophotonics 2020, 13, e202000022.

纳米探针与分子影像学研究

应用多模态小动物成像仪定制波长版，成像特异性纳米探针，针对性的提高肿瘤区域对于特殊波长光声成像信号幅值，实现大深度、高灵敏度的肿瘤特异性光声成像。这一策略具有高成像深度和增强的敏感性，对于肿瘤的高精度诊断和治疗监测具有潜在的临床应用前景。

D.Cui, et al., Nano Letters 2021, 21(16), 6914-6922.

血管的活体内窥成像

应用多模态微导管内镜，通过对兔子腹主动脉血管深层次结构和脂质分布的成像，实现了血管内斑块和层次结构的无创非标记、超高分辨率可视化的二维断层和三维全景成像。多模态微导管内镜对活体小动物进行光声、超声、光学相干层析等多种种模态成像，可以全面分析血管内斑块的分布、组成和机械弹性性质；这项技术有望为心血管相关疾病的诊断和治疗提供新的影像学支持。

万余洋等.中国激光, 2023,50(03):92-101.

消化道的活体内窥成像

应用多模态微导管内镜，结合光声和超声成像，帮助研究人员实现了活体大鼠结直肠不同深度精细血管网络和层次结构的无创非标记、超高分辨率可视化，兼具二维断层和三维全景成像。该系统具有高效、稳定和可重复的特点，为临床前胃肠疾病的检测与研究提供了重要基础。

小动物活体多模态超高分辨率成像系统

应用实例

脑功能 脑淋巴 脑血管

肿瘤及分子探针

皮肤、器官和腔道

广州光影细胞科技有限公司

广州光影细胞科技有限公司（GCell）依托清华大学深圳研究生院、南方科技大学、华南师范大学多学科研发团队支持，专注于生命科学研究中的影像技术应用。公司致力于构建四大研究平台：活细胞扫描平台实现CO2培养箱内的实时显微扫描和细胞绝对定量分析；玻片扫描影像系统提供生物组织的高效明场和荧光显微扫描；多模态动物成像平台融合光声和超声模态成像血管、色素和外源性材料；智能行为分析系统通过AI算法实现对动物行为的智能记录和分析。

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