近年來，乳腺癌發病率持續上升，已成為全球女性癌癥死亡的主要原因。早期篩查、精準診斷和有效治療對提升患者生存率至關重要，醫學影像技術在其中作用關鍵。光聲成像技術原理獨特，可提供豐富的腫瘤微環境信息，為乳腺癌診治帶來新希望。那么，該技術在乳腺癌篩查、診斷和治療評估中有何表現？未來能否成為診治乳腺癌的得力工具？讓我們一同探索其在乳腺疾病診治中的奧秘。

研究背景與技術挑戰
乳腺癌的現狀與早期診斷的迫切性
乳腺癌的發病機制涉及基因突變、血管異常增生及微環境缺氧等多重因素。80%的乳腺癌為非特殊型浸潤性癌（如浸潤性導管癌），早期原位癌若未突破基底膜，患者5年生存率可達99%。然而，一旦發展為浸潤性癌并伴隨轉移，生存率顯著下降。因此，早期篩查與精準診斷是提高預后的核心。

傳統影像學方法的局限性
目前，乳腺臨床診治主要依靠醫學影像技術，常見的有乳腺查體、鉬靶成像、超聲成像及乳腺MRI等。鉬靶成像雖對微鈣化敏感，但對致密型乳腺成像效果不佳。超聲成像依賴操作者經驗，對早期小病灶靈敏度低且診斷特異性有限。乳腺MRI掃描時間長，還需注射造影劑。而且，傳統影像學方法在早期篩查、精準診斷和治療評估方面存在諸多局限。在早期篩查時，缺乏高速、安全且對致密型乳腺無差異的高靈敏度技術；精準診斷方面，MRI成像慢，超聲和鉬靶特異性低；治療評估方面，現有技術無法在新輔助化療中及時監測、評估和預后，術中切緣檢測手段也難以滿足需求。

技術創新與應用
光聲成像原理與優勢
基本原理：光聲成像融合了光學對比度與聲學分辨率的優勢。其工作過程為：用脈沖激光照射組織，組織中的血紅蛋白等成分吸收光能，產生熱膨脹，進而激發出超聲波。隨后，超聲換能器接收這些信號，通過特定算法重建組織內吸收體的三維分布，能實現微米級分辨率，比如橫向分辨率可達0.26mm，縱向分辨率為5.6mm。此外，利用多波長光源，光聲成像還可量化血氧飽和度、血管密度等生理指標，幫助揭示腫瘤代謝特征，實現功能成像。

五大優勢：一是深層高分辨率，它突破了光學散射極限，成像深度與分辨率比值≥100，能夠穿透4cm的乳腺組織。二是多模態融合，可與超聲、MRI等技術無縫結合，提供解剖與功能互補的信息。三是跨尺度成像，能從細胞器到器官全尺度覆蓋，例如在術中切緣檢測中精度可達20μm。四是高速動態監測，單次乳腺掃描僅需10-15秒，可實時追蹤血流與藥物代謝過程。五是無創無輻射，符合激光安全標準，無需造影劑就能對內源性血紅蛋白成像。

成像實驗與結果分析
乳腺癌篩查的光聲成像設備及測試
基于線性或平面超聲陣列的設備，常以商用線性超聲陣列為改裝基礎，通過機械掃描實現全乳腺掃描，部分采用平面超聲陣列提高成像速度，但受探測孔徑和視角限制，圖像細節欠佳。Xia教授團隊的雙掃描乳腺成像儀為雙面視圖系統，能獲取全乳腺血管結構圖像，臨床測試驗證其對惡性腫瘤的探測能力，還發現不同亞型腫瘤光聲特征不同。李長輝教授團隊開發了手持式和臺式設備，手持式實現雙模態成像，驗證了血氧飽和度檢測準確度，臺式僅進行了體模測試。京都大學與佳能公司聯合開發的PAM-01和PAM-02，前者分析了腫瘤光聲信息，后者提高了分辨率，二者光聲與超聲融合便于臨床診斷。

基于弧形或環形超聲陣列的設備中，Ntziachristos教授團隊的MSOT采用弧形超聲陣列，能清晰成像乳腺腫瘤中血紅蛋白和血氧飽和度分布，顯示出腫瘤與健康組織的差異。Wang教授團隊的SBH-PACT基于環形超聲陣列，15秒可完成全乳腺掃描，能測量乳腺組織形變，在前期臨床測試中清晰顯示腫瘤周邊血管增生，還可監測新輔助化療療效。

基于半球面超聲探測矩陣的設備具備獨特優勢。Oraevsky教授團隊的LOUISA-3D實現半球面探測矩陣和雙模態成像，探測到小腫瘤及伴隨血管增生。Wang教授團隊的多功能三維成像系統10秒內可清晰成像從皮膚到胸壁的血管。Kruger教授團隊在半球面排布超聲換能器陣列進行螺旋掃描，清晰顯示了乳腺內血管結構與分布。

乳腺癌診斷的光聲成像研究
在PIONEER研究中，使用光聲-超聲檢查設備對1690名乳腺腫瘤患者成像，結果顯示光聲-超聲聯合診斷比獨立超聲診斷特異性提高14.9%。另一項針對209名患者215個乳腺腫塊的研究中，依據5個光聲圖像指標評估腫塊惡性概率并調整BI-RADS級別，41%良性腫塊正確降級，47%惡性腫瘤升級，調整判讀標準后靈敏度達98.5%。

其他團隊研究發現，惡性與良性乳腺病變在血氧飽和度水平、分布及邊界區域光聲信號上存在差異，不同亞型乳腺癌光聲信號也有區別，這些為精準診斷提供依據，且光聲成像設備還有評估腫瘤轉移風險及結合外源性物質實現特異性診斷的潛力，不過目前多處于臨床前階段。

此外，Wang教授團隊的雙模態光聲-超聲成像系統可通過成像亞甲基藍染料，精準識別定位前哨淋巴結，相比傳統超聲成像對比度更高，能實時跟蹤活檢針，精準引導前哨淋巴結穿刺活檢。

乳腺癌治療評估的光聲成像應用
在乳腺癌治療中，新輔助化療、手術切緣指導和藥物輸送監測都至關重要，光聲成像技術在這些方面發揮著獨特作用。新輔助化療可增加保乳可能性、降低腫瘤分期，但現有醫學影像技術難以在化療過程中有效監測病灶響應，療效評估準確率也不高。Wang教授團隊研發的SBH-PACT系統可用于腫瘤探測和監測化療中腫瘤響應。通過化療前、中、后光聲掃描，分析病灶血管相關特征獲取光聲信息指標，與組織病理學對照顯示，這些指標對評估化療響應意義重大，有望實現病理完全響應的無創評估。

外科手術是乳腺癌重要治療手段，多數患者選擇保乳手術。光聲成像可標記腫瘤定位邊緣、檢測切緣并進行無標記術中病理成像。而當前臨床依賴的術中冰凍切片技術耗時久，且存在抽樣檢測和依賴醫生經驗等問題，術后病理檢測還導致部分患者需二次手術。紫外光聲顯微成像能節省染色時間，還有團隊通過技術改進提高成像速度、增強成像特異性，同時多個團隊開發納米顆粒增強腫瘤光聲信號。

在藥物輸送監測方面，光聲成像憑借高對比度、高成像速度等優勢在小動物研究中表現良好，可監測光熱劑與光敏劑，為相關治療提供依據。針對吸收弱的藥物，研究團隊研制特殊藥物載體增強成像對比度。雖然該技術在藥物輸送監測領域尚處早期，但具備補充PET的潛力，能提供優質的局部組織成像。

總結與展望
光聲成像技術為乳腺疾病診治帶來了新契機。在早期篩查上，能憑借對腫瘤微環境生理特性的探測，實現無創、高速的腫瘤檢測與BI-RADS分類，減少不必要活檢。精準診斷方面，依據腫瘤微環境的生理指標，可更準確評估腫瘤良惡性、分型及分級。治療評估中，能有效監測腫瘤對治療的響應，提供預后信息，助力診療一體化，還能輔助外科手術進行精準操作。不過，光聲成像技術要廣泛應用仍面臨挑戰。如當前缺乏統一標準，導致設備性能參差不齊；技術與臨床需求有差距，三維成像雖好，但臨床更依賴二維成像等問題。未來，需建立統一標準，開展大規模臨床試驗，促進技術與臨床深度融合，讓光聲成像更好地服務于乳腺癌診治。

論文信息

聲明：本文僅用作學術目的。

黃可爾, 張良, 林勵. 乳腺光聲成像進展[J]. 中國激光, 2024, 51(9): 0907003. 

DOI:10.3788/CJL231451.