作者：匯佳生物儀器（上海）有限公司 翟俊輝
近紅外小動物光聲成像可廣泛應用于新型造影劑（探針）的研發、納米材料臨床應用分析、心血管、藥物代謝、疾病早期診斷、腫瘤療效觀察、基因表達研究、干細胞及免疫研究等領域。
1. 光學造影劑應用
我們人體內有許多的成分都是內源性造影劑，例如血紅蛋白就是一個很好的內源性造影劑，而攜帶了氧的血紅蛋白在另外的波長會有較大的吸收，所以根據這個原理光聲就可以測量血紅蛋白濃度和血氧飽和度。體內的軟組織、腫瘤內的新生血管也是良好的造影劑，腫瘤的血管新生其原理也是基于血管活動十分活躍，因此含有的血紅蛋白濃度高于腫瘤內部結構，基于血紅蛋白檢測的光聲波長就可以實施腫瘤血管新生的分析。
外源性的造影劑，只要其吸收波長在680nm~950nm之間，都可以用光聲成像系統來實施檢測，例如常用的ICG、幾乎所有的納米材料等，都能在光聲系統中產生很好的檢測信號。、
2. 納米材料(新型造影劑)中的應用
納米材料由于其均一的分散性和納米級粒度而導致其在近紅外有較好的光吸收，這也是光聲成像的基礎。Endra Nexus
128由于其激發波長是處于680-950納米，因此所有納米材料包括碳納米管(carbon nanotubes)、金納米棒(gold
nanorods)、金納米籠(gold nanocages)和金納米球(gold
nanospheres)都可以在這個波長內有相應的光吸收，這對于新型納米探針研究十分有益。
由于Endra Nexus 128光聲系統具有非侵入性探測的特點，同時也因為它是真正的3-D成像，因此非常適合于對實驗動物的連續觀察。在探針被注入實驗動物體內后，可以間斷性地來掃描實驗動物，從而得到探針在體內被攝入、吸收、清除的動態信息。
例如為研究金納米棒在小鼠移植腫瘤中的動態分布過程，在注射納米探針后每隔15分鐘掃描一次動物，共掃描5次，總時間達到75分鐘。掃描后的光聲圖像可以在軟件內融合、并生成相應的動態曲線，方便我們的分析。
從軟件分析的界面可以看出，應用Nexus
128可以實現探針實驗研究的各個方面，這包括比較不同探針的吸收時間、比較腫瘤不同區域吸收時間、檢驗不同吸收時間探針濃度效果和檢驗靶向探針在腫瘤內部的3-D分布狀況等。這些應用對于探針研發、臨床前評估都是至關重要的。
3. 解剖學應用
由于生物機體的肌肉、骨骼、蛋白質等在近紅外區域都有一定程度的吸收，作為內源性造影劑，在光聲掃描下可以呈現不同的光聲信號，因而可以作為解剖學成像的一個手段。在下圖的光聲成像中，我們可以清楚看到鼠的各個解剖學結構。
4. 腫瘤學應用
4.1 腫瘤形態學
光聲由于其具有的高分辨率，因此可以在腫瘤形態學研究中發揮自己獨特的優勢。同時又由于光聲檢測是一種非侵入性、無損的檢測方式，因此對于實驗材料來講是沒有任何危害的，因此對于研究結果的解釋更加科學合理。
4.2 腫瘤灌注
由于腫瘤外周和內部結構不同，因此會造成這兩個不同區域對于造影劑的吸收產生不同的行為。腫瘤外周灌注通常是吸收較快，因為那里有較多的血管新生，代謝旺盛，因而清除速度也快，曲線呈現快升快降模式；相反，腫瘤內部由于代謝較慢，灌注呈現慢升慢降模式，且總體信號峰值大大低于腫瘤外周信號。這可以用于腫瘤狀態測定，如果這兩個峰值在時間上逐漸靠近，說明腫瘤得到了抑制，向預后良好方向發展，反之表明腫瘤惡化。
4.3 探針吸收-動態掃描
對于任何商業化可用的探針和造影劑來講，Endra Nexus 128都能進行相應的動態掃描。然后在附帶的專業軟件中進行攝取、吸收、清除過程的分析。下圖是以人用ICG為例，在小鼠的腫瘤模型中的吸收和清除動態過程。
圖1：靜脈注射ICG之前和之后光聲圖像比較。圖2：ICG在腫瘤不同區域分布的狀況。 |
圖3：不同區域ICG攝取動態過程比較，上圖為腫瘤外周，可看到對ICG吸收較快，達到峰值后下降，下圖為腫瘤內部動力學曲線，顯示吸收較慢，直到最后一次掃描信號仍在上升的情形。
4.4 腫瘤治療
既然Nexus 128可觀察腫瘤形態學，也可以檢測腫瘤灌注和動態掃描，那么它就可以應用于腫瘤治療的評估。既可以從腫瘤大小上直接半定量判斷腫瘤是否被抑制，也可以通過腫瘤內外部結構的變化來評估抗腫瘤藥物的藥效。
