光聲成像技術(shù)在乳腺癌輔助診斷應(yīng)用中的最新進展

近年來，乳腺癌發(fā)病率持續(xù)上升，已成為全球女性癌癥死亡的主要原因。早期篩查、精準診斷和有效治療對提升患者生存率至關(guān)重要，醫(yī)學影像技術(shù)在其中作用關(guān)鍵。光聲成像技術(shù)原理獨特，可提供豐富的腫瘤微環(huán)境信息，為乳腺癌診治帶來新希望。那么，該技術(shù)在乳腺癌篩查、診斷和治療評估中有何表現(xiàn)？未來能否成為診治乳腺癌的得力工具？讓我們一同探索其在乳腺疾病診治中的奧秘。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
乳腺癌的現(xiàn)狀與早期診斷的迫切性
乳腺癌的發(fā)病機制涉及基因突變、血管異常增生及微環(huán)境缺氧等多重因素。80%的乳腺癌為非特殊型浸潤性癌（如浸潤性導(dǎo)管癌），早期原位癌若未突破基底膜，患者5年生存率可達99%。然而，一旦發(fā)展為浸潤性癌并伴隨轉(zhuǎn)移，生存率顯著下降。因此，早期篩查與精準診斷是提高預(yù)后的核心。

傳統(tǒng)影像學方法的局限性
目前，乳腺臨床診治主要依靠醫(yī)學影像技術(shù)，常見的有乳腺查體、鉬靶成像、超聲成像及乳腺MRI等。鉬靶成像雖對微鈣化敏感，但對致密型乳腺成像效果不佳。超聲成像依賴操作者經(jīng)驗，對早期小病灶靈敏度低且診斷特異性有限。乳腺MRI掃描時間長，還需注射造影劑。而且，傳統(tǒng)影像學方法在早期篩查、精準診斷和治療評估方面存在諸多局限。在早期篩查時，缺乏高速、安全且對致密型乳腺無差異的高靈敏度技術(shù)；精準診斷方面，MRI成像慢，超聲和鉬靶特異性低；治療評估方面，現(xiàn)有技術(shù)無法在新輔助化療中及時監(jiān)測、評估和預(yù)后，術(shù)中切緣檢測手段也難以滿足需求。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
光聲成像原理與優(yōu)勢
基本原理：光聲成像融合了光學對比度與聲學分辨率的優(yōu)勢。其工作過程為：用脈沖激光照射組織，組織中的血紅蛋白等成分吸收光能，產(chǎn)生熱膨脹，進而激發(fā)出超聲波。隨后，超聲換能器接收這些信號，通過特定算法重建組織內(nèi)吸收體的三維分布，能實現(xiàn)微米級分辨率，比如橫向分辨率可達0.26mm，縱向分辨率為5.6mm。此外，利用多波長光源，光聲成像還可量化血氧飽和度、血管密度等生理指標，幫助揭示腫瘤代謝特征，實現(xiàn)功能成像。

五大優(yōu)勢：一是深層高分辨率，它突破了光學散射極限，成像深度與分辨率比值≥100，能夠穿透4cm的乳腺組織。二是多模態(tài)融合，可與超聲、MRI等技術(shù)無縫結(jié)合，提供解剖與功能互補的信息。三是跨尺度成像，能從細胞器到器官全尺度覆蓋，例如在術(shù)中切緣檢測中精度可達20μm。四是高速動態(tài)監(jiān)測，單次乳腺掃描僅需10-15秒，可實時追蹤血流與藥物代謝過程。五是無創(chuàng)無輻射，符合激光安全標準，無需造影劑就能對內(nèi)源性血紅蛋白成像。

成像實驗與結(jié)果分析
乳腺癌篩查的光聲成像設(shè)備及測試
基于線性或平面超聲陣列的設(shè)備，常以商用線性超聲陣列為改裝基礎(chǔ)，通過機械掃描實現(xiàn)全乳腺掃描，部分采用平面超聲陣列提高成像速度，但受探測孔徑和視角限制，圖像細節(jié)欠佳。Xia教授團隊的雙掃描乳腺成像儀為雙面視圖系統(tǒng)，能獲取全乳腺血管結(jié)構(gòu)圖像，臨床測試驗證其對惡性腫瘤的探測能力，還發(fā)現(xiàn)不同亞型腫瘤光聲特征不同。李長輝教授團隊開發(fā)了手持式和臺式設(shè)備，手持式實現(xiàn)雙模態(tài)成像，驗證了血氧飽和度檢測準確度，臺式僅進行了體模測試。京都大學與佳能公司聯(lián)合開發(fā)的PAM-01和PAM-02，前者分析了腫瘤光聲信息，后者提高了分辨率，二者光聲與超聲融合便于臨床診斷。

基于弧形或環(huán)形超聲陣列的設(shè)備中，Ntziachristos教授團隊的MSOT采用弧形超聲陣列，能清晰成像乳腺腫瘤中血紅蛋白和血氧飽和度分布，顯示出腫瘤與健康組織的差異。Wang教授團隊的SBH-PACT基于環(huán)形超聲陣列，15秒可完成全乳腺掃描，能測量乳腺組織形變，在前期臨床測試中清晰顯示腫瘤周邊血管增生，還可監(jiān)測新輔助化療療效。

基于半球面超聲探測矩陣的設(shè)備具備獨特優(yōu)勢。Oraevsky教授團隊的LOUISA-3D實現(xiàn)半球面探測矩陣和雙模態(tài)成像，探測到小腫瘤及伴隨血管增生。Wang教授團隊的多功能三維成像系統(tǒng)10秒內(nèi)可清晰成像從皮膚到胸壁的血管。Kruger教授團隊在半球面排布超聲換能器陣列進行螺旋掃描，清晰顯示了乳腺內(nèi)血管結(jié)構(gòu)與分布。

乳腺癌診斷的光聲成像研究
在PIONEER研究中，使用光聲-超聲檢查設(shè)備對1690名乳腺腫瘤患者成像，結(jié)果顯示光聲-超聲聯(lián)合診斷比獨立超聲診斷特異性提高14.9%。另一項針對209名患者215個乳腺腫塊的研究中，依據(jù)5個光聲圖像指標評估腫塊惡性概率并調(diào)整BI-RADS級別，41%良性腫塊正確降級，47%惡性腫瘤升級，調(diào)整判讀標準后靈敏度達98.5%。

其他團隊研究發(fā)現(xiàn)，惡性與良性乳腺病變在血氧飽和度水平、分布及邊界區(qū)域光聲信號上存在差異，不同亞型乳腺癌光聲信號也有區(qū)別，這些為精準診斷提供依據(jù)，且光聲成像設(shè)備還有評估腫瘤轉(zhuǎn)移風險及結(jié)合外源性物質(zhì)實現(xiàn)特異性診斷的潛力，不過目前多處于臨床前階段。

此外，Wang教授團隊的雙模態(tài)光聲-超聲成像系統(tǒng)可通過成像亞甲基藍染料，精準識別定位前哨淋巴結(jié)，相比傳統(tǒng)超聲成像對比度更高，能實時跟蹤活檢針，精準引導(dǎo)前哨淋巴結(jié)穿刺活檢。

乳腺癌治療評估的光聲成像應(yīng)用
在乳腺癌治療中，新輔助化療、手術(shù)切緣指導(dǎo)和藥物輸送監(jiān)測都至關(guān)重要，光聲成像技術(shù)在這些方面發(fā)揮著獨特作用。新輔助化療可增加保乳可能性、降低腫瘤分期，但現(xiàn)有醫(yī)學影像技術(shù)難以在化療過程中有效監(jiān)測病灶響應(yīng)，療效評估準確率也不高。Wang教授團隊研發(fā)的SBH-PACT系統(tǒng)可用于腫瘤探測和監(jiān)測化療中腫瘤響應(yīng)。通過化療前、中、后光聲掃描，分析病灶血管相關(guān)特征獲取光聲信息指標，與組織病理學對照顯示，這些指標對評估化療響應(yīng)意義重大，有望實現(xiàn)病理完全響應(yīng)的無創(chuàng)評估。

外科手術(shù)是乳腺癌重要治療手段，多數(shù)患者選擇保乳手術(shù)。光聲成像可標記腫瘤定位邊緣、檢測切緣并進行無標記術(shù)中病理成像。而當前臨床依賴的術(shù)中冰凍切片技術(shù)耗時久，且存在抽樣檢測和依賴醫(yī)生經(jīng)驗等問題，術(shù)后病理檢測還導(dǎo)致部分患者需二次手術(shù)。紫外光聲顯微成像能節(jié)省染色時間，還有團隊通過技術(shù)改進提高成像速度、增強成像特異性，同時多個團隊開發(fā)納米顆粒增強腫瘤光聲信號。

在藥物輸送監(jiān)測方面，光聲成像憑借高對比度、高成像速度等優(yōu)勢在小動物研究中表現(xiàn)良好，可監(jiān)測光熱劑與光敏劑，為相關(guān)治療提供依據(jù)。針對吸收弱的藥物，研究團隊研制特殊藥物載體增強成像對比度。雖然該技術(shù)在藥物輸送監(jiān)測領(lǐng)域尚處早期，但具備補充PET的潛力，能提供優(yōu)質(zhì)的局部組織成像。

總結(jié)與展望
光聲成像技術(shù)為乳腺疾病診治帶來了新契機。在早期篩查上，能憑借對腫瘤微環(huán)境生理特性的探測，實現(xiàn)無創(chuàng)、高速的腫瘤檢測與BI-RADS分類，減少不必要活檢。精準診斷方面，依據(jù)腫瘤微環(huán)境的生理指標，可更準確評估腫瘤良惡性、分型及分級。治療評估中，能有效監(jiān)測腫瘤對治療的響應(yīng)，提供預(yù)后信息，助力診療一體化，還能輔助外科手術(shù)進行精準操作。不過，光聲成像技術(shù)要廣泛應(yīng)用仍面臨挑戰(zhàn)。如當前缺乏統(tǒng)一標準，導(dǎo)致設(shè)備性能參差不齊；技術(shù)與臨床需求有差距，三維成像雖好，但臨床更依賴二維成像等問題。未來，需建立統(tǒng)一標準，開展大規(guī)模臨床試驗，促進技術(shù)與臨床深度融合，讓光聲成像更好地服務(wù)于乳腺癌診治。

論文信息

聲明：本文僅用作學術(shù)目的。

黃可爾, 張良, 林勵. 乳腺光聲成像進展[J]. 中國激光, 2024, 51(9): 0907003. 

DOI:10.3788/CJL231451.