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近期 ， 浙江大學林勵研究員團隊開發了一種高速雙模成像系統（HDMI ， high-speed dual-modal imaging system） ， 通過將光聲和超聲層析成像結合 ， 能夠提供整個乳腺橫截面的大畫幅雙模態實時圖像 。
該系統在成像速度和深度方面表現優異 ， 可提供 10 幀/秒的雙模態實時成像 ， 并在 12 秒內完成全乳腺掃描 。 在不使用電離輻射和造影劑的條件下 ， 兩種成像模態的穿透深度均可達 5 厘米 ， 以覆蓋不同尺寸的乳腺（向胸腔方向無痛擠壓后） 。
除了技術的進步 ， 該系統還驗證了其臨床統計學意義 。 研究團隊開展了一項涉及 170 名患者和 186 個乳腺腫瘤的臨床測試 ， 并基于測量的雙模態影像信息 ， 建立了一種機器學習診斷模型 。 相較于傳統臨床超聲檢查 ， HDMI 將診斷特異性從 22.5% 提高至 75% ， 并保持了 97.7% 的診斷敏感性 。
該技術不僅可用于乳腺腫瘤的早期診斷和療效監測、評估 ， 未來還有望拓展應用于頸動脈斑塊、關節炎、皮膚成像等領域 。
圖丨項目團隊（來源：林勵）
林勵的研究方向是生物醫學成像設備開發與前沿應用 。 這項研究是他在回國后 ， 基于其在美國加州理工學院博士和博后工作的發展和迭代 。
HDMI 是林勵主導研發的第三款光聲層析成像設備 。 據介紹 ， 第一款設備是國際上首臺能夠清晰成像乳腺腫瘤的光聲設備 ， 但其在系統可靠性等方面仍有一定限制；第二款設備追求三維成像效能和科研通用性 。 2022 年 4 月 ， 林勵回國加入浙江大學后總結經驗和得失 ， 開始致力于發展新一代設備 。
“當時我不僅想在性能方面有所提升 ， 更是致力于讓這款成像平臺能夠解決相關的臨床問題 ， 或在領域內建立相關的技術規范 。 ”林勵告訴 DeepTech 。
圖丨HDMI 系統展示（工程樣機原型）（來源：Science Advances）
【浙大開發高速雙模成像系統，12秒完成全乳腺掃描，特異性提升3倍】
光聲成像設備的核心構成包含了脈沖激光器和超聲信號接收模塊 ， 在此基礎上增加了超聲信號發射模塊和切換開關 ， 即可將光聲成像和超聲成像有機融合在一起 。
比如 ， 在做光聲成像時 ， 每秒可以達到 10-20 幀的成像幀率 ， 每幀之間有幾十毫秒的時間間隔 。 在此時間間隔即可完成一幀超聲成像 ， 相當于是光聲和超聲成像交替進行 。 但由于時間間隔很短 ， 對于用戶來說 ， 光聲和超聲的圖像就像是在同一個位置實時顯示的 。
圖丨乳腺腫瘤患者的 HDMI 圖例（來源：Science Advances）
在成像信息層面 ， 超聲成像主要反映組織的聲學反射特性 ， 而光聲成像主要提供組織的光學吸收信息 。 光聲成像和超聲結合提供了乳腺組織的結構和血供信息 ， 尤其是能夠精準揭示病灶及其周邊的生理環境 。 林勵解釋說道 ， 這就相當于超聲圖像看“發型和臉型” ， 光聲圖像則用來看“眼睛和鼻子” 。
乳腺癌是全球女性癌癥相關死亡的重要原因 ， 其早期精準診斷對于優化診治效能意義重大 。 需要了解的是 ， 乳腺 X 線攝影（鉬靶）對東亞女性 ， 尤其是年輕女性的致密性乳腺并不適宜 ， 圖像對比度差、靈敏度低 。
“我們的技術對致密性乳腺同樣友好 ， 不會過度擠壓乳腺 ， 且沒有電離輻射 ， 所以從這方面來看對東亞女性更為友好 。 ”林勵表示 。
相較于核磁 ， 該技術的主要優勢在于避免了注射造影劑 ， 且掃描速度大幅提升 。 核磁使用的造影劑通常含有重金屬 ， 頻繁使用存在一定的風險 。 在速度優勢方面 ， 做乳腺核磁一般需要幾十分鐘 ， 而該技術只需要 12 秒 。 因此 ， 光聲/超聲雙模態成像非常適宜于病灶的療效監測與評估 。
林勵指出 ， “希望這項研究對光聲成像領域 ， 或對關注光聲成像的科研工作者而言 ， 可以注入一針小小的振奮劑 。 這款成像平臺在成像質量、速度、深度以及可靠性等方面 ， 都具備相對均衡的優勢體現 。 ”
需要看到的是 ， 該技術若想轉化為受歡迎的臨床產品仍面臨一些挑戰 ， 例如需要建立專家共識、診療規范和行業標準等 。 據了解 ， 研究團隊已成立技術轉化實體——利影科技 ， 不僅推出了高速多通道開放式超聲科研平臺 ， 還服務了眾多用戶 。
相關論文以《用于乳腺腫瘤早期精準診斷的高速光聲和超聲層析成像》（High-speed photoacoustic and ultrasonic computed tomography of the breast tumor for early diagnosis with enhanced accuracy）為題發表在 Science Advances[1
。
圖丨相關論文（來源：Science Advances）
參考資料：
1.DOI:10.1126/sciadv.adz2046
運營/排版：何晨龍
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