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为解决脑肿瘤治疗难题，研究人员开展纳米光子增强光声成像（PAI）研究，发现其在脑肿瘤检测中有潜力，意义重大。
在医学领域，脑肿瘤如同隐藏在人体深处的 “恶魔”，严重威胁着人类的生命健康。每年，大量的患者被脑肿瘤困扰，其中恶性脑肿瘤，如多形性胶质母细胞瘤（GBM），更是致命的存在。尽管目前有手术、放疗和化疗等多种治疗手段，但患者的生存率依旧很低。传统的诊断方法，像磁共振成像（MRI）、计算机断层扫描（CT）和正电子发射断层扫描（PET）等，虽然各有优势，但也存在诸如成本高、有辐射风险、分辨率受限等问题。在这样的背景下，寻找一种更高效、更安全的脑肿瘤检测和治疗方法迫在眉睫。
来自多个机构的研究人员针对这一难题展开了深入研究，其中包括 Pukyong National University 等。他们聚焦于纳米光子增强光声成像（PAI）技术在脑肿瘤检测中的应用，相关研究成果发表在《Journal of Nanobiotechnology》上。这一研究对于提高脑肿瘤的诊断准确性、改善患者的治疗效果具有重要意义。
研究人员主要运用了以下关键技术方法：
- 光声成像技术：利用光声效应，即组织吸收激光能量后产生热弹性膨胀，进而产生超声波，通过检测超声波来实现成像。该技术结合了光学成像的高对比度和超声成像的深组织穿透能力。
- 纳米材料应用：采用多种纳米材料作为对比剂，如金纳米粒子、铁氧化物纳米粒子、半导体纳米粒子等，以增强光声信号和成像效果。
- 多模态成像技术：将光声成像与超声成像（US）等技术相结合，实现优势互补，获取更全面的信息。
研究结果如下：
- 光声成像的原理与优势：光声成像基于光声效应，当短脉冲激光照射到生物组织时，组织吸收光能量产生热弹性膨胀，进而产生超声波，通过检测超声波信号并利用声学逆问题重构组织表面的初始声压信号图，实现对生物组织结构和功能的观察与诊断。与传统光学成像相比，光声成像能突破光学成像深度的衍射极限（1mm），实现高深度、高对比度和高分辨率的生物组织成像。光声成像分为光声计算机断层扫描（PACT）、光声显微镜（PAM）和光声内镜（PAE）三种类型，各自具有独特的成像特点和应用场景 。
- 光声成像在脑肿瘤检测中的应用：研究表明，光声成像在脑肿瘤检测中具有重要价值。通过静脉注射吲哚菁绿（ICG）等对比剂，可利用光声成像监测肿瘤血管通透性，为药物分子的靶向递送提供筛选依据。多种纳米材料，如金纳米粒子、碳纳米管等，因具有强近红外（NIR）光吸收特性，被广泛应用于光声脑成像，有助于实现对脑肿瘤的精准定位和成像 。
- 纳米材料作为对比剂的优势与挑战：纳米材料作为光声成像的对比剂具有诸多优势，如不同的成像能力、高信噪比、高效的光热转换能力以及较强的组织穿透能力等。金纳米粒子因其独特的光学吸收、尺寸、形状和表面功能特性，在脑研究中极具潜力；半导体纳米粒子具有高效的光热转换效率、良好的光稳定性和较强的血脑屏障（BBB）穿透能力，适用于脑肿瘤成像。然而，纳米粒子在临床应用中也面临一些挑战，如生物相容性、免疫反应、毒性、纳米粒子的清除与滞留以及血脑屏障穿透等问题 。
- 光声成像技术的优化与发展：为提高光声成像的质量和性能，研究人员对成像参数进行优化，如选择合适的激光波长（700 - 1300nm 的近红外波长有利于深组织成像）、控制脉冲持续时间、调整激光重复频率和能量密度等。在数据处理方面，采用降噪、带通滤波、信号归一化等预处理方法，以及延迟求和、时间反转、基于模型的方法等重建算法，还引入机器学习（ML）和人工智能（AI）技术，提高图像的准确性和质量。在图像质量评估方面，通过轴向和横向分辨率、信噪比（SNR）、对比噪声比（CNR）和定量准确性等参数来评估图像质量，并通过与金标准成像模态比较、体模研究和真实组织试验等方式进行验证 。
研究结论和讨论部分强调，纳米光子增强光声成像在脑肿瘤检测中展现出巨大的潜力。它能够实现对脑肿瘤的高分辨率、实时成像，为肿瘤的定位、血管化和代谢活动提供详细信息，有助于提高脑肿瘤的诊断准确性和治疗效果。然而，该技术在临床应用中仍面临一些挑战，如克服生理屏障（血脑屏障、血肿瘤屏障等）、提高纳米粒子的安全性和有效性、优化成像技术等。未来的研究需要进一步探索和解决这些问题，推动光声成像技术在临床实践中的广泛应用，为脑肿瘤患者带来新的希望。相信随着技术的不断发展和完善，纳米光子增强光声成像将在脑肿瘤的诊断和治疗中发挥越来越重要的作用，为人类健康事业做出更大的贡献。
