1.光聲成像

光聲成像是近年來發展起來的一種無損醫學成像方法，可以提供高解析度和高對比度的組織成像。近期來自華盛頓大學的研究人員在Science雜誌上發表綜述文章，介紹的一種近年來迅速發展的成像技術：光聲成像(photoacoustic tomography)。文章的通訊作者是華盛頓大學著名生物醫學光學專家、現任國際生物醫學光學協會主席，華中科技大學 “長江學者”講座教授的汪立巨集(Lihong V. Wang)教授。

光聲成像是一種基於生物組織內部光學吸收差異、以超聲作媒介的無損生物光子成像方法，結合了純光學成像的高對比度特性和純超聲成像的高穿透深度特性的優點，以超聲探測器探測光聲波代替光學成像中的光子檢測，從原理上避開了光學散射的影響，可以提供高對比度和高解析度的組織影像

，為研究生物組織的結構形態、生理特徵、代謝功能、病理特徵等提供了重要手段，在生物醫學臨床診斷以及在體組織結構和功能成像領域具有廣泛的應用前景。

汪教授與華盛頓大學醫學院的醫師們共同將四種光聲成像技術應用到了臨床，其中一種能觀察到前哨淋巴結活檢術(Sentinel Lymph Node)，這對於乳腺癌發生階段具有重要意義。還有一種成像技術能監控機體對化療的早期應答，第三種技術則能成像黑色素瘤(melanoma)，最後一種能觀察消化道。

其中最令人激動的是光聲成像能揭示組織氧利用的情況，因為過量的氧燃燒(稱為高代謝，hypermetabolism)是癌症(cancer)的一個重要標誌。汪教授說，因為癌症(cancer)早期階段，癌症(cancer)還沒有擴散，因此早期預警診斷無需造影劑，這將改變癌症(cancer)診斷。

前哨淋巴結活檢術是光聲成像技術發展的一個典型例子，前哨淋巴結是最接近腫瘤(比如乳腺腫瘤)的淋巴結，也是癌細胞最先遷移之處。

前哨淋巴結是原發腫瘤引流區域淋巴結中的一個特殊淋巴結。在前哨淋巴結活檢術中，醫師們將放射性物質，染料，或者兩種同時注入病患，這些示蹤劑會被機體視為外來物質，因此首先會進入哨淋巴結，汪教授說，“通過γ探針 ，或者蓋格計數器(用於測量放射性)，可以定位放射性粒子”，“但是這只是一個粗略的位置”，要想找到淋巴結，醫師們需要開啟相關部位，追蹤染料，觀察前哨淋巴結。

在這個過程中，大約10%的病患會被發現存在癌變淋巴結，但是還有5%的會引發副作用，比如肢體麻木，淋巴水腫，或者行動力下降等。因此這種診斷方法並非沒有風險。

而採用光聲成像，則能利用光學染料，清楚直接的觀察到前哨淋巴結，以及組織樣品。“如果這種技術精確度確實高的話，那麼我們將能將這個手術診斷過程，變成門診就能完成的活檢成像過程。”

除此之外，光聲成像還可以利用彩色成像，反映化學結構和功能。比如說檢測血紅蛋白的氧飽和度——當其為亮紅色的時候，是氧含量充足的時候，而顏色變暗則代表血紅蛋白釋放了氧。

幾乎所有的疾病，尤其是癌症(cancer)和糖尿病，都會引發異常的氧代謝，因此氧代謝情況是這些疾病的重要標誌。如果與光聲成像的其它引數共同參考，就可以計算組織某一區域中氧氣的利用。

汪教授從事光聲成像研究已經十餘年，見證了這項技術的發展，他說，“每個頂級雜誌的每一期都會刊登令人激動的實驗室發現”，“但是隻有小部分能用到實際臨床中”，其中的問題之一是這些成像都是通過不同的方法獲得的不同比例的影象，因此相互比較困難。汪教授希望能通過光聲成像，統一比例大小，幫助將微觀實驗室中的成果發現，應用到巨集觀臨床實際操作中。

2.作者簡介：

汪立巨集，華中科技大學教授，國際生物醫學光學協會主席、美國聖路易斯華盛頓大學Gene K. Beare特聘教授、教育部長江學者 講座教授、德克薩斯A&M大學生物醫學工程專業教授，國際光學工程學會 (SPIE)、美國光學學會 (OSA)、美國醫學和生物工程學會 (AIMBE)、美國電子和電氣工程學會(IEEE)等學會會士。

個人經歷

1984年畢業於華中科技大學(原華中工學院)，獲光學學士學位;1987年獲華中科技大學光學碩士學位;1992年獲德克薩斯州休斯敦Rice大學博士學位，其導師為諾貝爾獎得主。 於2004年4月起擔任Endowed Royce E. Wisenbaker II首席工程教授，兼任國際生物醫學光學協會(International Biomedical Optics Society)主席。曾在第一流的癌症(cancer)研究機構——德克薩斯州立大學M. D. Anderson癌症(cancer)研究中心擔任助理教授。

2005年受聘為國家教育部“長江學者獎勵計劃講座教授”，聘任崗位：生物醫學光子學。

主要學術兼職

《生物工程年報》(Annals of Biomedical Engineering)的副主編，《生物光學雜誌》(Journal of Biomedical Optics)和《應用光學》(Applied Optics)等期刊的編委。國際光學工程協會(SPIE-The International Society for Optical Engineering)、美國光學學會(Optical Society of America)、美國醫學和生物工程學會(American Institute for Medical and Biological Engineering)、美國物理學會(American Physical Society)等學會會士(Fellow)。擔任30多種國際科學期刊的審稿人。組織過多次國際學術會議、並多次擔任國際學術會議主席和學術委員會委員。 獲美國發明專利3項，申請美國發明專利5項。在《自然生物工程》(Nature Biotechnology)，《物理評論快報》(Physical Review Letters)，《物理評論》(Physical Review)和《光學快報》(Optics Letters)等權威期刊發表學術論文100餘篇，其中被SCI收錄超過100篇。SCI論文被他人引用達1353次(2005-6-15統計)。

3.原文摘要：

Photoacoustic Tomography: In Vivo Imaging from Organelles to Organs

Photoacoustic tomography (PAT) can create multiscale multicontrast images of living biological structures ranging from organelles to organs. This emerging technology overcomes the high degree of scattering of optical photons in biological tissue by making use of the photoacoustic effect. Light absorption by molecules creates a thermally induced pressure jump that launches ultrasonic waves, which are received by acoustic detectors to form images. Different implementations of PAT allow the spatial resolution to be scaled with the desired imaging depth in tissue while a high depth-to-resolution ratio is maintained. As a rule of thumb, the achievable spatial resolution is on the order of 1/200 of the desired imaging depth, which can reach up to 7 centimeters. PAT provides anatomical, functional, metabolic, molecular, and genetic contrasts of vasculature, hemodynamics, oxygen metabolism, biomarkers, and gene expression. We review the state of the art of PAT for both biological and clinical studies and discuss future prospects.