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

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）

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

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