光声成像在乳腺癌辅助诊断最新进展

近年来，乳腺癌发病率持续上升，已成为全球女性癌症死亡的主要原因。早期筛查、精准诊断和有效治疗对提升患者生存率至关重要，医学影像技术在其中作用关键。光声成像技术原理独特，可提供丰富的肿瘤微环境信息，为乳腺癌诊治带来新希望。那么，该技术在乳腺癌筛查、诊断和治疗评估中有何表现？未来能否成为诊治乳腺癌的得力工具？让我们一同探索其在乳腺疾病诊治中的奥秘。

乳腺癌的发病机制涉及基因突变、血管异常增生及微环境缺氧等多重因素。80%的乳腺癌为非特殊型浸润性癌（如浸润性导管癌），早期原位癌若未突破基底膜，患者5年生存率可达99%。然而，一旦发展为浸润性癌并伴随转移，生存率显著下降。因此，早期筛查与精准诊断是提高预后的核心。

目前，乳腺临床诊治主要依靠医学影像技术，常见的有乳腺查体、钼靶成像、超声成像及乳腺MRI等。钼靶成像虽对微钙化敏感，但对致密型乳腺成像效果不佳。超声成像依赖操作者经验，对早期小病灶灵敏度低且诊断特异性有限。乳腺MRI扫描时间长，还需注射造影剂。而且，传统影像学方法在早期筛查、精准诊断和治疗评估方面存在诸多局限。在早期筛查时，缺乏高速、安全且对致密型乳腺无差异的高灵敏度技术；精准诊断方面，MRI成像慢，超声和钼靶特异性低；治疗评估方面，现有技术无法在新辅助化疗中及时监测、评估和预后，术中切缘检测手段也难以满足需求。

基本原理：光声成像融合了光学对比度与声学分辨率的优势。其工作过程为：用脉冲激光照射组织，组织中的血红蛋白等成分吸收光能，产生热膨胀，进而激发出超声波。随后，超声换能器接收这些信号，通过特定算法重建组织内吸收体的三维分布，能实现微米级分辨率，比如横向分辨率可达0.26mm，纵向分辨率为5.6mm。此外，利用多波长光源，光声成像还可量化血氧饱和度、血管密度等生理指标，帮助揭示肿瘤代谢特征，实现功能成像。

五大优势：一是深层高分辨率，它突破了光学散射极限，成像深度与分辨率比值≥100，能够穿透4cm的乳腺组织。二是多模态融合，可与超声、MRI等技术无缝结合，提供解剖与功能互补的信息。三是跨尺度成像，能从细胞器到器官全尺度覆盖，例如在术中切缘检测中精度可达20μm。四是高速动态监测，单次乳腺扫描仅需10-15秒，可实时追踪血流与药物代谢过程。五是无创无辐射，符合激光安全标准，无需造影剂就能对内源性血红蛋白成像。

基于线性或平面超声阵列的设备，常以商用线性超声阵列为改装基础，通过机械扫描实现全乳腺扫描，部分采用平面超声阵列提高成像速度，但受探测孔径和视角限制，图像细节欠佳。Xia教授团队的双扫描乳腺成像仪为双面视图系统，能获取全乳腺血管结构图像，临床测试验证其对恶性肿瘤的探测能力，还发现不同亚型肿瘤光声特征不同。李长辉教授团队开发了手持式和台式设备，手持式实现双模态成像，验证了血氧饱和度检测准确度，台式仅进行了体模测试。京都大学与佳能公司联合开发的PAM-01和PAM-02，前者分析了肿瘤光声信息，后者提高了分辨率，二者光声与超声融合便于临床诊断。

基于线性或平面超声阵列的代表性乳腺癌光声筛查设备采集的乳腺光声图像

基于弧形或环形超声阵列的设备中，Ntziachristos教授团队的MSOT采用弧形超声阵列，能清晰成像乳腺肿瘤中血红蛋白和血氧饱和度分布，显示出肿瘤与健康组织的差异。Wang教授团队的SBH-PACT基于环形超声阵列，15秒可完成全乳腺扫描，能测量乳腺组织形变，在前期临床测试中清晰显示肿瘤周边血管增生，还可监测新辅助化疗疗效。

基于弧形或环形超声阵列的代表性乳腺癌光声筛查设备与乳腺光声图像

基于半球面超声探测矩阵的设备具备独特优势。Oraevsky教授团队的LOUISA-3D实现半球面探测矩阵和双模态成像，探测到小肿瘤及伴随血管增生。Wang教授团队的多功能三维成像系统10秒内可清晰成像从皮肤到胸壁的血管。Kruger教授团队在半球面排布超声换能器阵列进行螺旋扫描，清晰显示了乳腺内血管结构与分布。

基于半球面超声探测矩阵的代表性乳腺癌光声筛查设备示意图以及乳腺光声图像

在PIONEER研究中，使用光声-超声检查设备对1690名乳腺肿瘤患者成像，结果显示光声-超声联合诊断比独立超声诊断特异性提高14.9%。另一项针对209名患者215个乳腺肿块的研究中，依据5个光声图像指标评估肿块恶性概率并调整BI-RADS级别，41%良性肿块正确降级，47%恶性肿瘤升级，调整判读标准后灵敏度达98.5%。

其他团队研究发现，恶性与良性乳腺病变在血氧饱和度水平、分布及边界区域光声信号上存在差异，不同亚型乳腺癌光声信号也有区别，这些为精准诊断提供依据，且光声成像设备还有评估肿瘤转移风险及结合外源性物质实现特异性诊断的潜力，不过目前多处于临床前阶段。

此外，Wang教授团队的双模态光声-超声成像系统可通过成像亚甲基蓝染料，精准识别定位前哨淋巴结，相比传统超声成像对比度更高，能实时跟踪活检针，精准引导前哨淋巴结穿刺活检。

光声诊断乳腺肿瘤的代表性成果

在乳腺癌治疗中，新辅助化疗、手术切缘指导和药物输送监测都至关重要，光声成像技术在这些方面发挥着独特作用。新辅助化疗可增加保乳可能性、降低肿瘤分期，但现有医学影像技术难以在化疗过程中有效监测病灶响应，疗效评估准确率也不高。Wang教授团队研发的SBH-PACT系统可用于肿瘤探测和监测化疗中肿瘤响应。通过化疗前、中、后光声扫描，分析病灶血管相关特征获取光声信息指标，与组织病理学对照显示，这些指标对评估化疗响应意义重大，有望实现病理完全响应的无创评估。

外科手术是乳腺癌重要治疗手段，多数患者选择保乳手术。光声成像可标记肿瘤定位边缘、检测切缘并进行无标记术中病理成像。而当前临床依赖的术中冰冻切片技术耗时久，且存在抽样检测和依赖医生经验等问题，术后病理检测还导致部分患者需二次手术。紫外光声显微成像能节省染色时间，还有团队通过技术改进提高成像速度、增强成像特异性，同时多个团队开发纳米颗粒增强肿瘤光声信号。

在药物输送监测方面，光声成像凭借高对比度、高成像速度等优势在小动物研究中表现良好，可监测光热剂与光敏剂，为相关治疗提供依据。针对吸收弱的药物，研究团队研制特殊药物载体增强成像对比度。虽然该技术在药物输送监测领域尚处早期，但具备补充PET的潜力，能提供优质的局部组织成像。

光声成像评估乳腺肿瘤治疗疗效

光声成像技术为乳腺疾病诊治带来了新契机。在早期筛查上，能凭借对肿瘤微环境生理特性的探测，实现无创、高速的肿瘤检测与BI-RADS分类，减少不必要活检。精准诊断方面，依据肿瘤微环境的生理指标，可更准确评估肿瘤良恶性、分型及分级。治疗评估中，能有效监测肿瘤对治疗的响应，提供预后信息，助力诊疗一体化，还能辅助外科手术进行精准操作。不过，光声成像技术要广泛应用仍面临挑战。如当前缺乏统一标准，导致设备性能参差不齐；技术与临床需求有差距，三维成像虽好，但临床更依赖二维成像等问题。未来，需建立统一标准，开展大规模临床试验，促进技术与临床深度融合，让光声成像更好地服务于乳腺癌诊治。

声明：本文仅用作学术目的。

黄可尔, 张良, 林励. 乳腺光声成像进展[J]. 中国激光, 2024, 51(9): 0907003. 

DOI:10.3788/CJL231451.