【摘要】 深度解析光声成像技术原理，综述靶向光声造影剂在肿瘤微环境成像、精准手术导航及疗效评估中的突破性进展，探讨临床转化挑战与发展路径。

分子成像技术通过在分子层面可视化生物过程，已成为肿瘤精准诊疗的核心手段。在多种成像方式中，光声成像（Photoacoustic Imaging, PAI）凭借其独特的光声效应机制，正逐步改变肿瘤诊断格局。本文系统综述PAI技术与靶向光声造影剂的最新研究突破及其在肿瘤分子成像中的临床应用。

 

一、光声成像的技术优势与分类

相较于传统CT、MRI等依赖组织物理特性的成像技术，PAI创新性地结合光学高分辨率与声学穿透深度优势。其工作原理是通过脉冲激光激发生物组织内的发色团（血红蛋白、黑色素等），接收产生的超声信号进行三维重建。主要技术形态包括：

  • ​光声显微镜（PAM）​：实现微米级细胞成像
  • ​光声层析成像（PACT）​：适用于大深度组织扫描
  • ​光声内窥镜：用于腔道器官实时成像

图1. 光声成像的主要体现。(A)第二代光声显微镜(G2-OR-PAM)。(B)暗场声分辨率光声显微镜(AR-PAM)。(C)线性阵列PACT。(D)圆形阵列PACT。(E)柔性全光学前视PA内窥镜探头示意图。[1]

 

二、靶向造影剂驱动的分子成像突破

尽管内源性造影剂可提供基础影像，但外源性靶向造影剂的应用显著提升了肿瘤特异性识别能力：

1.近红外窗口优化：NIR-I区（700-900nm）造影剂可降低组织散射，提高信噪比

2.​分子靶向设计：抗体/肽修饰造影剂能精准结合肿瘤标志物

3.多模态整合：如金纳米棒等材料同时增强光声/荧光信号

图2. 生物组织中主要内源性造影剂的吸收光谱。[1]

 

三、肿瘤诊疗中的关键应用场景

应用方向

技术价值

肿瘤微环境成像

实时监测血管新生及缺氧状态

术中导航

荧光-光声双模态引导精准切除

治疗评估

动态追踪药物分布及疗效

 

四、临床转化挑战与突破方向

当前面临三大核心瓶颈：

1.​组织异质性：不同深度组织的光声信号解析算法需优化

2.造影剂开发：需平衡靶向性、生物安全性与代谢速率

3.​设备集成：便携式临床设备的研发亟待突破

国际团队正通过表面功能化修饰、智能响应型材料开发等策略提升造影剂性能。2022年Zheng团队研究表明，叶酸受体靶向型纳米粒可使乳腺肿瘤显影信噪比提升3倍。

 

五、未来发展趋势

随着第二代PAM设备及柔性内窥镜探头的临床试用，结合人工智能图像重建算法，光声分子成像有望在以下领域取得突破：

  • 肿瘤早期筛查（＜2mm病灶识别）
  • 免疫治疗响应动态监测
  • 术中切缘实时评估

 

参考文献：[1] Y. Zheng, M. Liu, L. Jiang, Progress of photoacoustic imaging combined with targeted photoacoustic contrast agents in tumor molecular imaging, Frontiers in Chemistry, 10 (2022).

 

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